JP2012502993A - Binder-free adsorbents with improved mass transfer properties and their use in adsorptive separation of para-xylene - Google Patents

Binder-free adsorbents with improved mass transfer properties and their use in adsorptive separation of para-xylene Download PDF

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Abstract

少なくとも1種類の他のC8芳香族炭化水素を含有する混合物(例えば、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンの混合物)からのパラキシレンの吸着分離のための吸着剤および方法について記載する。適切な吸着剤は、1.8ミクロン未満の平均結晶子サイズを有する結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む。当該吸着剤は、容量および物質移動をさらに改善するために、(例えば、選択的細孔容積を通常減少させる非晶質材料が実質的に存在しない状態で製剤された)結合剤非含有であってもよい。これらの性質は、擬似移動床方式での、低温、低サイクル時間吸着分離操作における生産性を改善するのに特に有利である。
【選択図】図6
Adsorbents and methods for the adsorptive separation of paraxylene from mixtures containing at least one other C8 aromatic hydrocarbon (eg, a mixture of orthoxylene, metaxylene, paraxylene, and ethylbenzene) are described. Suitable adsorbents include small crystallite size zeolite X with an average crystallite size of less than 1.8 microns. The adsorbent was free of binder (eg formulated in the substantial absence of an amorphous material that normally reduces selective pore volume) to further improve volume and mass transfer. May be. These properties are particularly advantageous for improving productivity in low temperature, low cycle time adsorption separation operations in simulated moving bed systems.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、パラキシレンの、少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素を含有する混合物(例えば、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンの混合物)からの吸着分離のための吸着剤および方法に関する。特に、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤(binderless adsorbent)は、吸着分離プロセスに有利な、改善された容量特性および物質移動特性を有する。   The present invention relates to an adsorbent for adsorptive separation of para-xylene from a mixture containing at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon (eg, a mixture of ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, and ethylbenzene). And methods. In particular, a binderless adsorbent comprising zeolite X with a small crystallite size has improved volumetric and mass transfer properties that favor the adsorptive separation process.

一般的に、C8アルキル芳香族炭化水素は価値ある生成物であると考えられており、パラキシレンには高い需要がある。特に、パラキシレンの酸化は、ポリエステル織物の製造における原料であるテレフタル酸の商業的合成に用いられている。パラキシレンの主要供給源としては、原油の精製の結果として生じる混合キシレン流が挙げられる。このような流れの例としては、商業的キシレン異性化プロセスの結果として生じる流れ、または、液液抽出および分留により触媒改質油(catalytic reformate)から生じるC8アルキル芳香族炭化水素分画の分離の結果として生じる流れ、がある。パラキシレンは、キシレン異性体3つすべての混合物を通常含有しているパラキシレン含有供給流から、結晶化および/または吸着分離により分離してもよい。後者の技術は、パラキシレンの製造のために新たに建設されたプラントの市場シェアのうちの大部分を占めるものとなっている。   In general, C8 alkyl aromatic hydrocarbons are considered to be valuable products and there is a high demand for paraxylene. In particular, the oxidation of para-xylene is used in the commercial synthesis of terephthalic acid, which is a raw material in the production of polyester fabrics. The primary source of para-xylene includes a mixed xylene stream that results from the refining of crude oil. Examples of such streams include the separation resulting from a commercial xylene isomerization process or a C8 alkyl aromatic hydrocarbon fraction resulting from a catalytic reformate by liquid-liquid extraction and fractional distillation. There is a flow, resulting from. Para-xylene may be separated by crystallization and / or adsorptive separation from a feed stream containing para-xylene that normally contains a mixture of all three xylene isomers. The latter technology accounts for the majority of the market share of newly constructed plants for the production of para-xylene.

したがって、数多くの特許が、パラキシレンの、C8アルキル芳香族の混合物を含有する供給流からの吸着分離に向けられたものとなっている。ゼオライトXおよびYは、パラキシレンを選択的に吸着するために用いられてきた。例えば、US3,686,342、US3,903,187、US4,313,015、US4,899,017、US5,171,922、US5,177,295、US5,495,061、およびUS5,948,950を参照のこと。US4,940,830では、ナトリウムゼオライトYを用いるか、または第IB族元素もしくは第VII族元素によってイオン交換されてもいるナトリウムゼオライトYを用いる、他のキシレン異性体およびエチルベンゼンからの、パラキシレンの排除的分離(rejective separation)が記載されている。0.5ミクロン〜20ミクロンの平均結晶サイズを有する結晶性分子ふるいを含む吸着剤を用いての、キシレンの混合物からパラキシレンを回収するための、吸着分離法による、気相プロセスは、国際公開第2008/033200号に記載されている。   Thus, a number of patents have been directed to adsorptive separation from a feed stream containing a mixture of C8 alkyl aromatics of para-xylene. Zeolite X and Y have been used to selectively adsorb para-xylene. For example, US 3,686,342, US 3,903,187, US 4,313,015, US 4,899,017, US 5,171,922, US 5,177,295, US 5,495,061, and US 5,948,950 checking ... US Pat. No. 4,940,830 uses sodium zeolite Y or paraxylene from other xylene isomers and ethylbenzene using sodium zeolite Y that is also ion-exchanged with group IB or group VII elements. Rejective separation is described. A gas phase process by an adsorptive separation method for the recovery of para-xylene from a mixture of xylenes using an adsorbent comprising a crystalline molecular sieve having an average crystal size of 0.5 microns to 20 microns is disclosed internationally. No. 2008/033200.

当該分野においては、比較的不純なC8アルキル芳香族炭化水素混合物からのパラキシレンの効率的な分離のための、改良された吸着剤およびプロセスに対するニーズが依然として存在している。   There remains a need in the art for improved adsorbents and processes for the efficient separation of para-xylene from relatively impure C8 alkyl aromatic hydrocarbon mixtures.

本発明は、混合物中に存在する少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族化合物よりもパラキシレンを選択的に吸着する吸着剤に関する。蒸発(蒸留)分離に起因するのみならず、反応平衡/選択性の実際的な制限にも起因して、精油プロセスから得た典型的な混合物は、(パラキシレンに加え)その他のキシレン異性体、すなわちオルトキシレンおよびメタキシレン、を種々の量で含有し、また、通常は、エチルベンゼンも含有する。通常、このような混合物は、本発明に関連する方法において使用される供給流を構成する。   The present invention relates to an adsorbent that selectively adsorbs paraxylene over at least one other C8 alkyl aromatic compound present in the mixture. Due to not only the evaporation (distillation) separation, but also due to practical limitations in reaction equilibrium / selectivity, typical mixtures obtained from the essential oil process (in addition to para-xylene) other xylene isomers I.e. ortho-xylene and meta-xylene in various amounts and usually also contains ethylbenzene. Usually such a mixture constitutes the feed stream used in the process associated with the present invention.

したがって、本発明の実施形態は、パラキシレンを、所望のパラキシレン以外の1種類以上のC8アルキル芳香族炭化水素を含む比較的不純な混合物から分離するためのプロセスに向けられたものである。この混合物を、吸着条件下で、ゼオライトXを含む吸着剤と接触させる。本発明は、パラキシレンの吸着分離において使用する吸着剤中に取り込んだ場合に非常に好ましい性能特性を提供し得る、「結晶子サイズが小さいゼオライトX」(すなわち、1.8ミクロン未満、および典型的には500ナノメートル〜1.5ミクロン、の平均結晶子サイズを有するゼオライトX)の使用に関するものである。特に、(i)吸着の際の、ゼオライト細孔中へのパラキシレンの物質移動速度、および(ii)脱着の際の、吸着したパラキシレンと入れ替わるための、ゼオライト細孔中への脱着剤の物質移動速度は、従来法に従って合成された(および、典型的には、1.8ミクロン以上の平均結晶子サイズを有する)ゼオライトXと比較して、著しくより大きくなる。   Accordingly, embodiments of the present invention are directed to a process for separating para-xylene from a relatively impure mixture comprising one or more C8 alkyl aromatic hydrocarbons other than the desired para-xylene. This mixture is contacted with an adsorbent comprising zeolite X under adsorption conditions. The present invention provides “Small Crystallite Size Zeolite X” (ie, less than 1.8 microns, and typically, which can provide very favorable performance characteristics when incorporated into an adsorbent for use in adsorptive separation of para-xylene. In particular, it relates to the use of zeolite X) having an average crystallite size of 500 nanometers to 1.5 microns. In particular, (i) the mass transfer rate of paraxylene into the zeolite pores during adsorption, and (ii) the desorbent in the zeolite pores to replace the adsorbed paraxylene during desorption. The mass transfer rate is significantly greater compared to zeolite X synthesized according to conventional methods (and typically having an average crystallite size of 1.8 microns or greater).

したがって、本明細書に記載の吸着剤は、吸着剤の少なくとも一部が上述の平均結晶子サイズを有するゼオライトXとなるよう、結晶子サイズが小さいゼオライトXから調製されるか、または、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む。当該吸着剤の物質移動特性は、典型的には、結晶子サイズが小さいゼオライトXが吸着剤中に少なくとも60重量%の量で、および多くの場合には70重量%〜90重量%の量で存在するよう、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含有することによって改善される。従来の平均ゼオライトX結晶子サイズを有するゼオライトX含有吸着剤に付随する物質移動律速(mass transfer limitation)がより商業的に重要となる、(例えば、175℃(350°F)未満の)低温操作の場合には、物質移動速度の増加は特に有利である。増加したパラキシレン吸着選択性および吸着剤容量、ならびに増加した液体供給原料密度は、すべて、指向的にパラキシレン生産性を改善するものであるが、これらを含む多くの理由から、低温操作が望ましい。しかし、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンの供給原料混合物からのパラキシレンの吸着分離のための連続的工業プロセスにおいて使用されることの多い擬似移動床方式の操作では、より低い操作温度に付随するこれらの利点は、パラキシレンの吸着/脱着の速度に影響を及ぼす物質移動律速に起因して、サイクル時間が減少するにつれて少なくなるとのことが分かっている。したがって、改善された物質移動特性を有する吸着剤は、これらの改善を、より低い温度での操作に付随する上述したようなパラキシレン容量および選択性において活用することができる。パラキシレン生産性の増加およびその結果としてのプロセス経済性の改善が可能となる。   Accordingly, the adsorbents described herein are prepared from zeolite X with a small crystallite size, or crystallites such that at least a portion of the adsorbent is zeolite X having the average crystallite size described above. Zeolite X with a small size is included. The mass transfer characteristics of the adsorbents are typically such that zeolite X with a small crystallite size is in the adsorbent in an amount of at least 60 wt%, and often in an amount of 70 wt% to 90 wt%. The presence of zeolite X, which has a small crystallite size, is improved by being present. Low temperature operation (eg, below 175 ° C. (350 ° F.)) where mass transfer limitation associated with zeolite X-containing adsorbents having a conventional average zeolite X crystallite size becomes more commercially important In this case, an increase in the mass transfer rate is particularly advantageous. Increased paraxylene adsorption selectivity and adsorbent capacity, and increased liquid feed density, all directionally improve paraxylene productivity, but low temperature operation is desirable for many reasons, including these . However, in simulated moving bed operation, which is often used in continuous industrial processes for the adsorption separation of paraxylene from a feed mixture of orthoxylene, metaxylene, paraxylene, and ethylbenzene, lower operating temperatures It has been found that these benefits associated with are reduced as cycle time decreases due to mass transfer rate limiting which affects the rate of paraxylene adsorption / desorption. Thus, adsorbents with improved mass transfer properties can take advantage of these improvements in paraxylene capacity and selectivity as described above associated with lower temperature operation. Increased paraxylene productivity and resulting process economics can be improved.

本発明の他の局面は、ゼオライトX(例えば、上述したような、結晶子サイズが小さいゼオライトX)を含む吸着剤に関連するものであり、このゼオライトXは「結合剤非含有(binderless)」吸着剤中に取り込まれていてもよく、それにより、例えば粘土(例えばカオリン粘土)などのようなゼオライトX前駆体はゼオライトXへと実質的に変換され、その変換部分は、従来の結晶子サイズ(例えば、1.8ミクロンよりも大きい結晶子サイズ)を有し得るが、所望によりそれ自体が結晶子サイズの小さいゼオライトとなるか、または「ナノサイズのゼオライトX」(すなわち、500ナノメートル未満の、および典型的には20ナノメートル〜300ナノメートルの、平均結晶子サイズを有するゼオライトX)となることさえある。従来型結合剤(これは、通常は、非選択的細孔容積にのみ寄与する)を排除または実質的に排除することにより、(i)所望の抽出成分(例えばパラキシレン)および/または(ii)脱着剤(例えばパラジエチルベンゼン)に対する吸着剤容量を著しく増加させることができる。   Another aspect of the invention relates to an adsorbent comprising zeolite X (eg, zeolite X with a small crystallite size as described above), which zeolite X is “binderless”. May be incorporated into the adsorbent, whereby a zeolite X precursor such as clay (eg kaolin clay), for example, is substantially converted to zeolite X, the conversion portion of which is a conventional crystallite size. (E.g., a crystallite size greater than 1.8 microns) but may itself be a small crystallite size zeolite or "nano-sized zeolite X" (ie, less than 500 nanometers) if desired And, typically, zeolite X) with an average crystallite size of 20 nanometers to 300 nanometers. By eliminating or substantially eliminating conventional binders (which usually only contribute to non-selective pore volume), (i) the desired extraction component (eg paraxylene) and / or (ii) ) The adsorbent capacity for the desorbent (eg paradiethylbenzene) can be significantly increased.

本明細書に記載の結合剤非含有吸着剤は、所望の生成物であるパラキシレンに対する、改善された吸着選択性をさらに有する。よって、パラキシレン/メタキシレン吸着選択性もパラキシレン/オルトキシレン吸着選択性も共に、従来の結合された吸着剤と比較して、増加する。脱着剤の強度は維持されたままで、パラキシレン/エチルベンゼン選択性も増加する。これら選択性、容量、および物質移動の利点は、同一のプロセス条件下で(すなわち、例えば供給組成およびプロセス変数などの、他の操作パラメータを一定に維持して)従来の結合された吸着剤と比較した場合に、本明細書に記載の結合剤非含有吸着剤に付随するパラキシレン生産性において15〜20%の改善へと転換し得る。さらに、水による摩耗分析(water attrition analysis)および小片粉砕強度分析(piece crush strength analysis)によって測定した、当該結合剤非含有吸着剤の摩耗特性および強度特性は、従来の吸着剤に比べ、さらなる物理的性質改善を示す。   The binder-free adsorbents described herein further have improved adsorption selectivity for the desired product paraxylene. Thus, both para-xylene / meta-xylene adsorption selectivity and para-xylene / ortho-xylene adsorption selectivity are increased compared to conventional bonded adsorbents. The desorbent strength remains maintained and paraxylene / ethylbenzene selectivity increases. These selectivity, capacity, and mass transfer benefits are comparable to conventional combined adsorbents under the same process conditions (ie, maintaining other operating parameters such as feed composition and process variables constant). When compared, it can translate to a 15-20% improvement in para-xylene productivity associated with the binder-free adsorbents described herein. In addition, the wear and strength properties of the binder-free adsorbent, as measured by water attrition analysis and piece crush strength analysis, are more physical than conventional adsorbents. Improvement in physical properties.

カオリン粘土に加え、もう1つのゼオライトX前駆体はメタカオリン粘土であり、これは高温でのカオリン粘土の活性化により生じるものである。出発ゼオライトX前駆体としてカオリンを用いようとメタカオリンを用いようと、このゼオライトX前駆体(これは、最初に用いられて、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含有する第一部分を結合してもよい)を変換することにより、第一(例えば、すでに作成または調製された)部分のシリカのアルミナに対するモル比とは異なるシリカのアルミナに対するモル比を有するゼオライトXを含有する第二(例えば、変換)部分を生じさせることができる。   In addition to kaolin clay, another zeolite X precursor is metakaolin clay, which results from activation of kaolin clay at high temperatures. Regardless of whether kaolin or metakaolin is used as the starting zeolite X precursor, this zeolite X precursor (which may be used first to bind a first portion containing zeolite X with a small crystallite size). A second (eg, conversion) containing zeolite X having a molar ratio of silica to alumina that is different from the molar ratio of silica to alumina in the first (eg, already prepared or prepared) portion. Part can be produced.

しかしながら、本発明の他の局面は、ゼオライトXの第二部分のシリカのアルミナに対するモル比を、ゼオライトX前駆体のシリカのアルミナに対するモル比よりも大きい値へと、および多くの場合にはゼオライトXの第一部分のシリカのアルミナに対するモル比に匹敵する値へと増加させるための、ゼオライトX前駆体の変換の際のシリカ源の使用に向けられたものである。よって、変換後、結果として生じる好例の吸着剤は、2.3〜2.7のSiO/Alモル比を共に有する、ゼオライトXの第一部分および第二部分を含んでいてもよい。当該第一部分は、500ナノメートル〜1.4ミクロンの平均結晶子サイズを有する結晶子サイズが小さいゼオライトXであってもよく、一方、当該第二部分は、1.8ミクロンよりも大きい、従来の結晶子サイズを有するゼオライトXであってもよい。 However, another aspect of the present invention is that the molar ratio of zeolite X second portion silica to alumina is greater than the molar ratio of zeolite X precursor to silica to alumina, and often zeolite. It is directed to the use of a silica source in the conversion of the zeolite X precursor to increase the value of the X first part silica to a molar ratio comparable to alumina. Thus, after conversion, a good example of the adsorbent resulting includes both SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 2.3 to 2.7, may contain a first portion and a second portion of zeolite X . The first portion may be a small crystallite size zeolite X having an average crystallite size of 500 nanometers to 1.4 microns, while the second portion is larger than 1.8 microns, conventional Zeolite X having a crystallite size of

したがって、本発明の他の局面は、改善された物質移動特性を有する結合剤非含有吸着剤を調製する方法に関する。当該方法は、500ナノメートル〜1.5ミクロンの平均結晶子サイズを有するゼオライトX(例えば、結晶子サイズが小さいゼオライトX)およびゼオライトX前駆体(例えばカオリン粘土)を含む粒子を形成すること、当該粒子の当該ゼオライトX前駆体を500℃〜700℃(930°F〜1300°F)の温度で活性化すること、及び、活性化したゼオライトX前駆体を含む当該粒子を苛性溶液と共に温浸して結合剤非含有吸着剤を得ること、を含む。この苛性温浸(caustic digestion)工程は、シリカ源(例えば、ケイ酸ナトリウムまたはコロイダルシリカ)の存在下で行い、当該吸着剤中のゼオライトXの変換部分のシリカのアルミナに対するモル比を、ゼオライトX前駆体のシリカのアルミナに対するモル比よりも大きくなるよう増加させてもよい。シリカ源の使用、および、対応する、変換ゼオライトXのシリカのアルミナに対するモル比の増加によって、例えば脱着剤の強度の増加などの、さらなる利点を生じることが可能であり、これは、パラキシレンの吸着分離における全体的なプロセス性能に有利なことである。   Accordingly, another aspect of the present invention relates to a method for preparing a binder-free adsorbent having improved mass transfer properties. The method forms particles comprising zeolite X having an average crystallite size of 500 nanometers to 1.5 microns (eg, zeolite X having a small crystallite size) and a zeolite X precursor (eg, kaolin clay); Activating the zeolite X precursor of the particles at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. (930 ° F. to 1300 ° F.) and digesting the particles containing the activated zeolite X precursor with a caustic solution Obtaining a binder-free adsorbent. This caustic digestion step is performed in the presence of a silica source (eg, sodium silicate or colloidal silica), and the molar ratio of silica to alumina in the converted portion of zeolite X in the adsorbent is determined as zeolite X. You may make it increase so that it may become larger than the molar ratio of the silica of a precursor with respect to an alumina. The use of a silica source and the corresponding increase in the molar ratio of converted zeolite X to alumina can result in further advantages, such as increased desorbent strength, which is This is advantageous for overall process performance in adsorptive separation.

吸着分離のための結合剤非含有吸着剤を製剤するのに使用する結晶子サイズが小さいゼオライトXは、通常、1.0〜2.0の原子のSi/Al比に相当する、2.0〜4.0の分子のシリカのアルミナに対する(SiO/Al)モル比を有する。これらの比は、通常、例えばメタカオリナイトなどのゼオライトX前駆体に元々結合されているゼオライトXの第一すなわち「調製」部分に適用されるのみならず、ゼオライトX前駆体の変換によって生じる「変換」ゼオライトXにも適用される。しかしながら、上記に示されているように、当該結合剤非含有ゼオライトXは、最終吸着剤のこれらの部分(すなわち、調製部分および/または変換部分)中のゼオライトXのタイプが異なる結果として、ならびに、変換部分のシリカのアルミナに対するモル比を増加させるための、ゼオライトX前駆体の変換の際のシリカ源の添加の結果として、シリカのアルミナに対するモル比が多少異なる部分を有していてもよい。 Zeolite X with a small crystallite size used to formulate a binder-free adsorbent for adsorptive separation usually corresponds to a Si / Al ratio of 1.0 to 2.0 atoms, 2.0 A (SiO 2 / Al 2 O 3 ) molar ratio of silica to alumina of molecules of ˜4.0. These ratios are usually applied not only to the first or “preparation” portion of zeolite X that is originally bound to the zeolite X precursor, such as, for example, metakaolinite, but also result from the conversion of the zeolite X precursor. This also applies to “transformed” zeolite X. However, as indicated above, the non-binder-containing zeolite X results from the different types of zeolite X in these parts of the final adsorbent (ie, the preparation part and / or the conversion part), and As a result of the addition of the silica source during the conversion of the zeolite X precursor to increase the molar ratio of silica to alumina in the conversion portion, it may have portions where the molar ratio of silica to alumina is slightly different. .

当該ゼオライトは、調製部分か変換部分かに関わらず、通常、少なくとも95%および典型的には実質的に全部(少なくとも99%)の、バリウムまたはバリウムとカリウムとの組み合わせによって交換されるそのイオン交換可能部位を有する。代表的な吸着剤は、60%〜100%の、バリウムによって交換されるそのイオン交換可能部位、および0%〜40%の、カリウムによって交換されるそのイオン交換可能部位を有する結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む。   The zeolite, whether it is a preparation part or a conversion part, usually has at least 95% and typically substantially all (at least 99%) of its ion exchange exchanged by barium or a combination of barium and potassium. Has a possible site. Typical adsorbents have a small crystallite size with 60% to 100% of their ion-exchangeable sites exchanged by barium and 0% to 40% of their ion-exchangeable sites exchanged by potassium Contains zeolite X.

上述したような、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む当該結合剤非含有吸着剤は、従来の吸着条件を用いる固定床、移動床、または擬似移動床吸着分離プロセスにおいて用いる固体吸着剤に使用することができる。吸着は液相または気相中で行なってもよく、通常は液相吸着条件が好まれる。擬似移動床方式でのパラキシレンの吸着分離に使用する場合には、上述した当該吸着剤の高い吸着剤容量特性/物質移動特性により、同じパーセンテージの全体的パラキシレン回収率で操作する従来の吸着剤に比べて、特に低サイクル時間操作の場合に、パラキシレン生産性を相対的に増加させることが可能となる。すなわち、当該吸着剤床濃度プロファイルは、サイクル時間が例えば34分未満(例えば24分〜34分の範囲)である場合には、悪影響を受けない。擬似移動床吸着分離プロセスのサイクル時間とは、入口(inlet)流または出口(outlet)流のうちのいずれかが、その最初の吸着剤床位置に戻る時間を指す。したがって、24個の(例えば、2つの容器がそれぞれ12個の床を有する)吸着剤床を用いる典型的な擬似移動床方式の操作では、サイクル時間とは、例えば、ゼロ時間において第一床へと最初に導入される入口供給流が、再びこの床に導入されるのに要する時間を指す。他の因子(例えば、パラキシレンの純度および回収率)がすべて等しい場合には、より短いサイクル時間は、より高い生産性へと転換する。   The binder-free adsorbent comprising zeolite X with a small crystallite size as described above is used for solid adsorbents used in fixed bed, moving bed, or simulated moving bed adsorption separation processes using conventional adsorption conditions. be able to. Adsorption may be carried out in the liquid phase or in the gas phase, and usually liquid phase adsorption conditions are preferred. When used for adsorption separation of para-xylene in a simulated moving bed system, conventional adsorption operating at the same percentage overall para-xylene recovery due to the high adsorbent capacity / mass transfer characteristics of the adsorbent described above. Compared to the agent, para-xylene productivity can be relatively increased, especially in the case of low cycle time operation. That is, the adsorbent bed concentration profile is not adversely affected when the cycle time is, for example, less than 34 minutes (eg, in the range of 24 minutes to 34 minutes). The cycle time of the simulated moving bed adsorption separation process refers to the time at which either the inlet or outlet flow returns to its initial adsorbent bed position. Thus, in a typical simulated moving bed mode of operation using 24 adsorbent beds (eg, two containers each having 12 beds), cycle time is, for example, zero time to the first bed. And the time required for the inlet feed stream introduced first to be reintroduced into the bed. Shorter cycle times translate into higher productivity when all other factors (eg, paraxylene purity and recovery) are equal.

よって、本発明の特定の実施形態は、キシレン異性体であるオルトキシレンおよびメタキシレンならびにエチルベンゼンを通常含有する、少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素を含む混合物から、パラキシレンを分離するためのプロセスに関する。当該プロセスは、この混合物を、上述した範囲の平均ゼオライト結晶子サイズを有する結晶子サイズが小さいゼオライトXの少なくとも一部分を含む結合剤非含有吸着剤に接触させることを含む。例示的な吸着温度は、60℃(140°F)〜250℃(480°F)の範囲である。しかしながら、それらの改善された容量特性および物質移動特性の効力により、これらの吸着剤は、低温操作の場合には、従来の吸着剤に付随する認識できるほどの物質移動律速を生じさせない。したがって、上記で説明したように、比較的低い温度での、改善された吸着パラキシレン選択性および吸着剤容量に付随する利点をより十分に実現することができる。175℃(350°F)未満、例えば130℃(270°F)〜165℃(330°F)、の吸着温度は、上述の吸着剤で用いる場合に、特に有利である。吸着圧力は、常圧をわずかに上回る、例えば1barg(15psig)〜40barg(580psig)の範囲であってもよい。   Thus, certain embodiments of the present invention separate para-xylene from a mixture containing at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon, usually containing the xylene isomers ortho-xylene and meta-xylene and ethylbenzene. Related to the process. The process includes contacting the mixture with a binder-free adsorbent comprising at least a portion of zeolite X having a small crystallite size having an average zeolite crystallite size in the range described above. Exemplary adsorption temperatures range from 60 ° C. (140 ° F.) to 250 ° C. (480 ° F.). However, due to their improved capacity and mass transfer properties, these adsorbents do not produce appreciable mass transfer rate limitations associated with conventional adsorbents when operating at low temperatures. Thus, as explained above, the benefits associated with improved adsorption paraxylene selectivity and adsorbent capacity at relatively low temperatures can be more fully realized. Adsorption temperatures below 175 ° C. (350 ° F.), such as 130 ° C. (270 ° F.) to 165 ° C. (330 ° F.) are particularly advantageous when used with the adsorbents described above. The adsorption pressure may be slightly above normal pressure, for example in the range of 1 barg (15 psig) to 40 barg (580 psig).

上述したC8アルキル芳香族炭化水素の混合物(例えば、連続またはバッチプロセス供給流としてのもの)と結合剤非含有吸着剤との接触は、少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素に優先して、および、通常は、当該混合物に存在するこのような炭化水素のすべてに優先して、結晶子サイズが小さいゼオライトX細孔中へのパラキシレンの吸着をもたらすか、または引き起こす。したがって、吸着相(すなわち、ゼオライトX細孔内)は、パラキシレン含有量が、C8アルキル芳香族化合物の混合物(例えば供給流)のパラキシレン含有量に比べ、選択的に豊富になる。当該混合物が、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンを含有する場合には、パラキシレンは、当該混合物に比べて豊富となった量で吸着相中に存在することとなり、また、オルトキシレン、メタキシレン、およびエチルベンゼンは、当該混合物に比べて豊富となった量で非吸着相中に存在することとなる。   Contacting a mixture of C8 alkyl aromatic hydrocarbons as described above (eg, as a continuous or batch process feed) with a binder-free adsorbent takes precedence over at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon. And usually, in preference to all such hydrocarbons present in the mixture, result in or cause the adsorption of para-xylene into zeolite X pores with a small crystallite size. Thus, the adsorbed phase (ie within the zeolite X pores) is selectively enriched in paraxylene content compared to the paraxylene content of a mixture of C8 alkyl aromatics (eg, feed stream). If the mixture contains ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, and ethylbenzene, para-xylene will be present in the adsorbed phase in an abundant amount compared to the mixture, and ortho-xylene , Metaxylene, and ethylbenzene will be present in the non-adsorbed phase in abundant amounts compared to the mixture.

次いで、この非吸着相を、例えばラフィネート流中で、当該吸着剤との接触から除去(または洗い流)してもよい。パラキシレンが豊富となったこの吸着相を、例えば抽出流中で、当該吸着剤から離して脱着してもよい。脱着剤、例えば、トルエン、ベンゼン、インダン、パラジエチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、またはその混合物などの芳香環含有化合物、を含む脱着剤流は、当該洗い流しおよび脱着の両方に使用することができる。上述の吸着剤を利用する吸着分離プロセスは、擬似移動床方式で行ってもよい。この実施形態によれば、上述のC8アルキル芳香族炭化水素供給流および当該脱着剤流は当該吸着剤の固定床中へと充填され、その一方で、当該抽出流およびラフィネート流はこの床から除去される。これらの流れの充填および除去は連続的に行なってもよい。   This non-adsorbed phase may then be removed (or washed away) from contact with the adsorbent, for example in a raffinate stream. This adsorbed phase enriched in para-xylene may be desorbed away from the adsorbent, for example in an extraction stream. A desorbent stream comprising a desorbent, for example an aromatic ring-containing compound such as toluene, benzene, indane, paradiethylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene, or mixtures thereof, can be used for both the flushing and desorption. . The adsorption separation process using the adsorbent described above may be performed by a simulated moving bed system. According to this embodiment, the C8 alkyl aromatic hydrocarbon feed stream and the desorbent stream described above are loaded into a fixed bed of the adsorbent while the extract stream and raffinate stream are removed from the bed. Is done. These streams may be filled and removed continuously.

擬似移動床方式または他のタイプの吸着分離方式の最中に、当該吸着剤の含水量または水和レベルを決定するために、例えば抽出流またはラフィネート流などの出口流の含水量をモニターすることが望ましい場合がある。必要な場合には、例えば供給流および/または脱着剤流などの入口流に、水を、連続的にまたは断続的にのいずれかで添加して、所望の吸着剤水和レベル(例えば、4%〜7%の強熱減量(Loss in Ignition)に相当)を維持してもよい。あるいは、水を添加して、この吸着剤水和レベルに相当するかまたは別の所望の吸着剤水和レベルに相当する、例えば20重量ppm〜120重量ppmの、抽出流および/またはラフィネート流の絶対含水量を得てもよい。   During the simulated moving bed system or other type of adsorption separation system, monitor the water content of the outlet stream, such as the extract stream or raffinate stream, to determine the water content or hydration level of the adsorbent. May be desirable. If necessary, water is added either continuously or intermittently to an inlet stream such as, for example, a feed stream and / or a desorbent stream to achieve a desired adsorbent hydration level (eg, 4 % To 7% of loss on ignition (corresponding to Loss in Ignition)) may be maintained. Alternatively, water is added to correspond to this adsorbent hydration level or to another desired adsorbent hydration level, for example from 20 ppm to 120 ppm by weight of the extract stream and / or raffinate stream. Absolute water content may be obtained.

本発明に関連するこれらのおよび他の局面および特徴は、以下の、発明を実施するための形態から明らかである。   These and other aspects and features related to the present invention will be apparent from the following detailed description.

図1は、バリウム交換ゼオライトXのシリカのアルミナに対するモル比を2.5から2.0へと減少させたことによる、パラジエチルベンゼン脱着剤の強度への影響を示す。FIG. 1 shows the effect on strength of paradiethylbenzene desorbent by reducing the molar ratio of barium exchanged zeolite X to silica to alumina from 2.5 to 2.0. 図2は、ゼオライトXを含む吸着剤を用いたパルス試験から得た、温度の関数としての、供給原料混合物成分の選択性(すなわち、パラキシレン/メタキシレン選択性「P/M」;パラキシレン/オルトキシレン選択性「P/O」;およびパラキシレン/エチルベンゼン選択性「P/E」)を示す。FIG. 2 shows the selectivity of the feed mixture components as a function of temperature (ie, para-xylene / meta-xylene selectivity “P / M”) obtained from a pulse test using an adsorbent containing zeolite X; / Ortho-xylene selectivity “P / O”; and para-xylene / ethylbenzene selectivity “P / E”). 図3は、破過(または動的)試験から得た、温度の関数としての、ゼオライトXを含む吸着剤の容量、ならびに、パラキシレン/パラジエチルベンゼン選択性「PX/pDEB Sel」を示す。FIG. 3 shows the volume of adsorbent containing zeolite X as a function of temperature, as well as paraxylene / paradiethylbenzene selectivity “PX / pDEB Sel”, obtained from breakthrough (or dynamic) testing. 図4は、ゼオライトXを含む吸着剤を用いたパルス試験から得た、温度の関数としての、「DW」または「デルタW」、すなわち、パラキシレンピークの半値幅(すなわち、半分の強さにおけるピークエンベロープ(peak envelope)幅)から直鎖状ノナン(n−C9)トレーサーピークの半値幅を引いたもの、を示す。FIG. 4 shows “DW” or “Delta W” as a function of temperature, ie the half-width of the para-xylene peak (ie, at half strength), as a function of temperature, obtained from a pulse test using an adsorbent containing zeolite X. It shows the value obtained by subtracting the half width of the linear nonane (n-C9) tracer peak from the peak envelope width. 図5は、150℃(302°F)および177℃(350°F)の温度における、擬似移動床方式で操作するパラキシレン吸着分離プロセスの性能を示す。FIG. 5 shows the performance of a paraxylene adsorption separation process operating in a simulated moving bed mode at temperatures of 150 ° C. (302 ° F.) and 177 ° C. (350 ° F.). 図6は、従来のゼオライトX結晶子を含む吸着剤および減少した結晶子サイズを有するゼオライトXを含むもう一方の吸着剤について、擬似移動床方式で操作するパラキシレン吸着分離プロセスにおける、サイクル時間の、パラキシレン回収率への影響を示す。FIG. 6 shows the cycle time in a paraxylene adsorption separation process operating in a simulated moving bed mode for a conventional adsorbent containing zeolite X crystallites and another adsorbent containing zeolite X with reduced crystallite size. The impact on the recovery rate of para-xylene is shown. 図7は、従来のゼオライトX結晶子と、減少したサイズを有するゼオライトX結晶子との両方のサイズ分布を示す。FIG. 7 shows the size distribution of both conventional zeolite X crystallites and zeolite X crystallites having a reduced size. 図8は、結合剤非含有吸着剤について、パルス試験を用いて150℃(302°F)および177℃(350°F)の温度で測定した、強熱減量(loss on ignition:LOI)の関数としての、パラキシレン/メタキシレン選択性「P/M」;パラキシレン/オルトキシレン選択性「P/O」;およびパラキシレン/エチルベンゼン選択性「P/E」の比較を、同様に動的または破過試験を用いて測定したP/E(P/E dyn)と共に示す。FIG. 8 shows the loss on ignition (LOI) function measured for binder-free adsorbents using a pulse test at temperatures of 150 ° C. (302 ° F.) and 177 ° C. (350 ° F.). Comparison of paraxylene / metaxylene selectivity “P / M”; paraxylene / orthoxylene selectivity “P / O”; and paraxylene / ethylbenzene selectivity “P / E” as It shows with P / E (P / E dyn) measured using the breakthrough test. 図9は、結合剤非含有吸着剤について、パルス試験を用いて150℃(302°F)および177℃(350°F)の温度で測定した、吸着剤容量の比較を示す。FIG. 9 shows a comparison of adsorbent capacity for binder-free adsorbents measured using a pulse test at temperatures of 150 ° C. (302 ° F.) and 177 ° C. (350 ° F.).

本発明は、パラキシレンの、少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素を含む混合物からの分離に関する。分離という語は、パラキシレン含有量が豊富となった(すなわち、当該混合物中に最初に存在するよりも高い含有量を有する)流れ(例えば生成物流)または分画中のパラキシレンの回収を指す。当該分離は、当該混合物を、1.8ミクロン未満の、および典型的には500ナノメートル〜1.5ミクロンの平均結晶子サイズを有する、結晶子サイズが小さいゼオライトXの少なくとも一部分を含む結合剤非含有吸着剤と接触させることによって達成される。上述したように、結合剤非含有吸着剤の使用によって、パラキシレンおよび他のC8アルキル芳香族に対する選択的微細孔容量が改善し、それにより、所定の操作について生産速度の増加が可能となる。また、結晶子サイズが小さいゼオライトXの使用によって、物質移動律速が克服されて、熱力学的に好ましい操作体制(operating regime)(例えば、低温および低サイクル時間)の利点を十分に活用することができる。   The present invention relates to the separation of para-xylene from a mixture comprising at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon. The term separation refers to the recovery of paraxylene in a stream (eg, product stream) or fraction enriched in paraxylene content (ie, having a higher content than originally present in the mixture). . The separation comprises binding the mixture comprising at least a portion of zeolite X with a small crystallite size having an average crystallite size of less than 1.8 microns and typically between 500 nanometers and 1.5 microns. This is achieved by contacting with a non-containing adsorbent. As noted above, the use of a binder-free adsorbent improves the selective micropore volume for para-xylene and other C8 alkyl aromatics, thereby allowing increased production rates for a given operation. Also, the use of zeolite X with a small crystallite size can overcome mass transfer rate limiting and fully exploit the advantages of a thermodynamically favorable operating regime (eg, low temperature and low cycle time). it can.

ゼオライトXの構造は、US2,882,244において詳細に記載されている。結晶子サイズが小さいゼオライトXは種結晶合成(seeded synthesis)によって調製することができる。種結晶合成では、核形成または出発ゼオライト結晶子成長の一手段として用いられる種結晶(seed)または開始材料がまず調製され、その後、ゲル状組成物中へ、目標とする結晶子サイズに対応するゲル状組成物:種結晶比でブレンドされる。ゲル状組成物の種結晶に対する比によって核形成部位の相対数または濃度が決まり、これがまた、合成されるゼオライトXの結晶子サイズへと影響を及ぼす。種結晶がより大量またはより高濃度であれば、結晶子サイズは指向的に減少する。例えば、2ミクロンおよび0.5ミクロンの平均結晶子サイズを有するゼオライトXの調製は、重量当たり、それぞれ、5400:1および85:1のゲル:種結晶比を用いて行うことができる。本開示に鑑みれば、当業者は容易にこの重量比を変えて他の平均結晶子サイズを達成することができる。典型的なゲル状組成物は、NaO、SiO、Al、および水を含む。このゲルでは、1モルのAlに対し、1〜5モルのNaOおよびSiO、ならびに100〜500モルの水を用いることができる。 The structure of zeolite X is described in detail in US 2,882,244. Zeolite X with a small crystallite size can be prepared by seeded synthesis. In seed crystal synthesis, a seed or starting material that is used as a means of nucleation or starting zeolite crystallite growth is first prepared and then into the gel composition corresponding to the target crystallite size. Gel composition: blended in a seed crystal ratio. The ratio of the gel composition to the seed crystal determines the relative number or concentration of nucleation sites, which also affects the crystallite size of the synthesized zeolite X. The crystallite size decreases directionally if the seed crystals are in larger quantities or higher concentrations. For example, the preparation of zeolite X having an average crystallite size of 2 microns and 0.5 microns can be made using gel: seed ratios of 5400: 1 and 85: 1, respectively, by weight. In view of this disclosure, one of ordinary skill in the art can easily vary this weight ratio to achieve other average crystallite sizes. A typical gel composition includes Na 2 O, SiO 2 , Al 2 O 3 , and water. In this gel, 1 to 5 moles of Na 2 O and SiO 2 and 100 to 500 moles of water can be used for 1 mole of Al 2 O 3 .

当該ゲル状組成物は、ゲル作成溶液(gel makeup solution)を、例えば重量当たり12%のアルミナを含有するアルミン酸塩作成溶液(aluminate makeup solution)と共に混合することによって調製することができる。当該ゲル作成溶液は、水、苛性溶液、およびケイ酸ナトリウムを混合し、この混合物を38℃(100°F)に冷却することによって調製する。当該アルミン酸塩作成溶液は、溶解に必要なだけ加熱しながら、苛性溶液中にアルミナ三水和物を溶解させ、その後冷却し、38℃(100°F)で熟成させて調製することができ、その後、これが当該ゲル作成溶液と混合される。次いで、このゲル作成溶液とアルミン酸塩溶液を、必要量の種結晶を添加する前に、激しく撹拌しながら短時間(例えば30分間)混合する。   The gel composition can be prepared by mixing a gel makeup solution with, for example, an aluminate makeup solution containing 12% alumina by weight. The gel-making solution is prepared by mixing water, caustic solution, and sodium silicate and cooling the mixture to 38 ° C. (100 ° F.). The aluminate preparation solution can be prepared by dissolving alumina trihydrate in a caustic solution while heating as necessary for dissolution, then cooling and aging at 38 ° C. (100 ° F.). This is then mixed with the gel making solution. The gel-making solution and aluminate solution are then mixed for a short time (eg, 30 minutes) with vigorous stirring before the required amount of seed crystals is added.

種結晶は、当該ゲル状組成物と同様の方法で調製する。したがって、典型的な種結晶組成物もまた、NaO、SiO、Al、および水を含む。1モルのAlに対し、10〜20モルのNaOおよびSiO、ならびに150〜500モルの水を用いることができる。当該種結晶の調製において使用するアルミン酸塩溶液は、例えば重量当たり18%のアルミナを含有していてもよい。当該ゲル状組成物と種結晶とを混合した後、この混合物を、撹拌を継続しながら加熱し、次いで、撹拌条件下で、25℃(75°F)〜150℃(300°F)の温度で、5〜50時間の間熟成させて、種結晶核から所望の結晶子形成を達成する。その後、この、結果として生じた固体材料を濾過し、洗浄し、乾燥させて、結晶子サイズが小さい調製ゼオライトXを得ることができる。 The seed crystal is prepared by the same method as that for the gel composition. Thus, a typical seed crystal composition also includes Na 2 O, SiO 2 , Al 2 O 3 , and water. With respect to 1 mol of Al 2 O 3 , 10 to 20 mol of Na 2 O and SiO 2 and 150 to 500 mol of water can be used. The aluminate solution used in the preparation of the seed crystals may contain, for example, 18% alumina by weight. After mixing the gel composition and seed crystals, the mixture is heated with continued stirring and then at a temperature of 25 ° C. (75 ° F.) to 150 ° C. (300 ° F.) under stirring conditions. In order to achieve the desired crystallite formation from the seed crystal nuclei. The resulting solid material can then be filtered, washed and dried to obtain a prepared zeolite X with a small crystallite size.

その後、結晶子サイズが小さいゼオライトXは、この「調製された」またはすでに作成された部分をゼオライトX前駆体と共に混合することによる結合剤非含有吸着剤の合成に使用することができる。ゼオライトX前駆体としては、例えばカオリン、カオリナイト、およびハロイサイトなどの粘土、ならびに、例えばハイドロタルサイトなどの他の鉱物、ならびに、例えば沈降およびヒュームド非晶質シリカ、沈降アルミナ、ギブザイト、ベーマイト、バイヤライト、および例えばガンマおよびイータアルミナなどの遷移アルミナなどの固体シリカおよびアルミナ源、ならびに、ケイ酸ナトリウムおよびアルミン酸ナトリウムから得たゼオライト種結晶溶液および懸濁液、ならびに類似の試薬、が挙げられる。これらは、結晶子サイズが小さいゼオライトXの調製部分の結晶子を含有する混和物(intimate mixture)中で形成させることができる。当該形成手順は、カオリン粘土を例とするゼオライトX前駆体を、結晶子サイズが小さいゼオライトX粉末、および所望により例えば細孔形成材料(例えば微多孔性を与えるためのコーンスターチ)などの他の添加剤、ならびに、成型に適した硬度を得るために必要な水と共に混合することを含む。例えばナウタ混合(Nauta mixing)、タンブリング、またはドラムローリングなどのビーズ形成プロセスを含む従来法を用いて、より大きいビーズ、球、ペレット等への成型または形成を行って、より大きい粒子(例えば、米国標準メッシュサイズ16〜60の範囲のもの)を調製することができる。次いで、当該結晶子サイズが小さいゼオライトXおよび当該ゼオライトX前駆体を含む形成粒子を、通常500℃〜700℃(930°F〜1300°F)の範囲の温度で活性化する。カオリン粘土を含むゼオライトX前駆体の場合には、活性化によって、この材料の、吸熱の脱ヒドロキシル化が引き起こされ、それにより、不規則な(disordered)メタカオリン相が形成される。活性化後、当該形成粒子の(例えば、水酸化ナトリウムを使用しての)苛性温浸により、当該活性化したゼオライトX前駆体はゼオライトXそのものへと変換され、その結果、結合剤非含有吸着剤が生じる。この結合剤非含有吸着剤は、結晶子サイズが小さいゼオライトX、または、ゼオライトXの変換部分と共に結晶子サイズが小さいゼオライトXを含んでいてもよく、または、それから本質的に成っていてもよい。ここで、このゼオライトXの変換部分は、従来の平均結晶子サイズ(例えば、1.8ミクロンより大きいサイズ平均結晶子サイズ)を有し得るか、または所望により「ナノサイズのゼオライトX」(すなわち、500ナノメートル未満の、および典型的には20ナノメートル〜300ナノメートルの、平均結晶子サイズを有するゼオライトX)である。高分解能走査型電子顕微鏡法(HR SEM)による結合剤非含有吸着剤の顕微鏡写真によって、当該ゼオライトX前駆体がナノサイズのゼオライトXへと変わったということが示された。   Zeolite X with a small crystallite size can then be used for the synthesis of binder-free adsorbents by mixing this “prepared” or already made part with the zeolite X precursor. Zeolite X precursors include, for example, clays such as kaolin, kaolinite, and halloysite, and other minerals such as hydrotalcite, and, for example, precipitated and fumed amorphous silica, precipitated alumina, gibbite, boehmite, bayer. Light and solid silica and alumina sources such as transition aluminas such as gamma and eta alumina, and zeolite seed solutions and suspensions obtained from sodium silicate and sodium aluminate, and similar reagents. These can be formed in an intimate mixture containing crystallites in the preparation portion of zeolite X with a small crystallite size. The formation procedure involves the addition of a zeolite X precursor, eg kaolin clay, zeolite X powder with a small crystallite size, and optionally other pore-forming materials (eg corn starch to give microporosity) Mixing with the agent as well as the water necessary to obtain a suitable hardness for molding. Larger particles (eg, US Standard mesh sizes in the range of 16-60 can be prepared. The formed particles containing the zeolite X having a small crystallite size and the zeolite X precursor are then activated, usually at a temperature in the range of 500 ° C. to 700 ° C. (930 ° F. to 1300 ° F.). In the case of zeolite X precursors containing kaolin clay, activation causes the endothermic dehydroxylation of this material, thereby forming a disordered metakaolin phase. After activation, the activated zeolite X precursor is converted to zeolite X itself by caustic digestion of the formed particles (eg, using sodium hydroxide), resulting in binder-free adsorption. An agent is produced. The binder-free adsorbent may comprise or consist essentially of zeolite X having a small crystallite size, or zeolite X having a small crystallite size together with a conversion portion of zeolite X. . Here, the converted portion of the zeolite X may have a conventional average crystallite size (eg, a size average crystallite size greater than 1.8 microns) or, if desired, “nano-sized zeolite X” (ie, Zeolite X) having an average crystallite size of less than 500 nanometers, and typically 20 nanometers to 300 nanometers. Photomicrographs of the binder-free adsorbent by high resolution scanning electron microscopy (HR SEM) showed that the zeolite X precursor was converted to nanosized zeolite X.

ゼオライトXの変換部分のシリカのアルミナに対するモル比、ならびに、この材料の当該最終吸着剤製剤における寄与率は、当該形成粒子中に取り込まれるゼオライトX前駆体の種類および量に応じて様々であってもよい。通常、当該ゼオライトX前駆体のシリカのアルミナに対する比は、ゼオライトXへの変換に際して実質的に一定に保たれる。よって、2.0〜2.2のSiO/Alモル比を有する典型的なカオリン粘土は、この範囲内のゼオライト骨格(zeolite framework)比を有するゼオライトX部分へと変わる。したがって、種々のシリカのアルミナに対する比でゼオライトXの第一(調製)部分および第二(変換)部分を有する結合剤非含有吸着剤を調製することが可能である。 The molar ratio of the converted portion of zeolite X to the silica to alumina, and the contribution of this material in the final adsorbent formulation, will vary depending on the type and amount of zeolite X precursor incorporated into the formed particles. Also good. Usually, the ratio of the zeolite X precursor to silica to alumina is kept substantially constant during the conversion to zeolite X. Thus, a typical kaolin clay having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 2.0 to 2.2 is turned into zeolite X portion having a zeolite framework (the zeolite framework) ratio within this range. Thus, it is possible to prepare binder-free adsorbents having a first (preparation) portion and a second (conversion) portion of zeolite X in various silica to alumina ratios.

しかしながら、本発明の局面は、ゼオライトXのシリカのアルミナに対する比を2.0〜2.2の範囲から2.3〜2.7の範囲へと増加させることによりパラキシレンの吸着分離における(例えば、パラジエチルベンゼン脱着剤を用いての)脱着剤の強度が増加する、という発見に関連している。このことは、図1において説明されており、ここで、図1は、バリウム交換ゼオライトXのシリカのアルミナに対するモル比を2.5から2.0へと減少させたことによる、当該パラジエチルベンゼン脱着剤の強度への影響を示すものである。図1中の線は、2.5のシリカのアルミナに対するモル比を有するバリウム交換ゼオライトXを含む吸着剤の、より詳細に以下に記載されている、パルスおよび破過(または動的)試験を用いたデータから作成された。特に、この線は、相対的な脱着剤の強度の逆数と吸着剤床温度との関係を示している。   However, an aspect of the present invention is that in the adsorption separation of paraxylene by increasing the ratio of zeolite X to silica to alumina from the range of 2.0-2.2 to the range of 2.3-2.7 (eg Related to the discovery that the strength of the desorbent (using paradiethylbenzene desorbent) is increased. This is illustrated in FIG. 1, where FIG. 1 shows the paradiethylbenzene desorption by reducing the molar ratio of barium exchanged zeolite X to silica from 2.5 to 2.0. This shows the influence on the strength of the agent. The line in FIG. 1 represents a pulse and breakthrough (or dynamic) test, described in more detail below, of an adsorbent comprising barium exchanged zeolite X having a silica to alumina molar ratio of 2.5. Created from the data used. In particular, this line shows the relationship between the reciprocal of the relative desorbent strength and the adsorbent bed temperature.

2.0のシリカのアルミナに対するモル比を有するゼオライトXを、当該吸着剤製剤において、より高い比のゼオライトXに置き換えた場合には、パラジエチルベンゼン脱着剤の強度は、図1において低い比の方のゼオライトXについて得たデータ点(三角形)によって示されているように、大幅に減少する(すなわち、相対的な脱着剤の強度の逆数の値が増加する)。脱着剤の強度におけるこの減少は、所望のパラキシレン生成物を抽出流中へと移動させる脱着剤の能力に影響を及ぼすものであり、また、特に擬似移動床方式で操作するパラキシレンの吸着分離のための商業的プロセスにおいて、パラキシレンを高純度および高回収率で得るという観点では、不利な結果となり得る。   When zeolite X having a silica to alumina molar ratio of 2.0 is replaced with a higher ratio of zeolite X in the adsorbent formulation, the strength of the paradiethylbenzene desorbent is that of the lower ratio in FIG. Significantly decreases (ie, increases the reciprocal value of the relative desorbent strength), as shown by the data points (triangles) obtained for zeolite X. This reduction in desorbent strength affects the ability of the desorbent to move the desired paraxylene product into the extract stream, and is particularly adsorbent separation of paraxylene operating in a simulated moving bed mode. In the commercial process for the production of para-xylene in terms of obtaining high purity and high recovery rate can be detrimental.

これらの実験結果は、当該ゼオライトXの変換部分が2.1〜2.7の範囲のシリカのアルミナに対するモル比(これは当該ゼオライトXの調製部分のシリカのアルミナに対するモル比と同一または実質的に同一であってもよい)を有する結合剤非含有吸着剤の使用によって獲得することができるプロセス効率を説明するものである。しかしながら、例えばカオリン粘土などのゼオライトX前駆体は、より低い、例えば2.0の、シリカのアルミナに対するモル比を有することが多く、したがって、通常は、所望の、より高い比のゼオライトXには変わらない。   These experimental results show that the molar ratio of silica to alumina in which the conversion part of the zeolite X is in the range of 2.1 to 2.7 (this is the same or substantially the same as the molar ratio of silica to alumina in the preparation part of the zeolite X). The process efficiencies that can be obtained by the use of a binder-free adsorbent having (which may be identical to each other). However, zeolite X precursors, such as kaolin clay, for example, often have a lower, for example 2.0, silica to alumina molar ratio, and thus usually the desired higher ratio of zeolite X does not change.

結合剤非含有吸着剤の合成における、ゼオライトX前駆体をゼオライトXへと変換する手順を変更して、当該ゼオライトXの変換部分のシリカのアルミナに対するモル比を増加させることができる、ということが分かった。特に、これは、例えばコロイダルシリカゾル、ケイ酸、ケイ酸ナトリウム、シリカゲル、または反応性の微粒子シリカ(例えば、珪藻土、Hi−Sil等)などのシリカ源の添加によって達成される。当該シリカ源は、吸着剤粒子形成工程の際に添加してもよく、または苛性温浸工程へ添加してもよく、またはその両方で添加してもよい。添加するシリカの量は、ゼオライトX前駆体(例えばメタカオリン)および当該シリカ源を含む全体的な反応混合物を、反応組成が次の範囲に収まるよう、調節するようにする:NaO/SiO=0.8〜1.5、SiO/Al=2.5〜5、HO/NaO=25〜60。 In the synthesis of the binder-free adsorbent, the procedure for converting the zeolite X precursor to zeolite X can be modified to increase the molar ratio of silica to alumina in the converted portion of the zeolite X. I understood. In particular, this is accomplished by the addition of a silica source such as, for example, colloidal silica sol, silicic acid, sodium silicate, silica gel, or reactive particulate silica (eg, diatomaceous earth, Hi-Sil, etc.). The silica source may be added during the adsorbent particle formation step, or may be added to the caustic digestion step, or both. The amount of silica added causes the overall reaction mixture containing the zeolite X precursor (eg, metakaolin) and the silica source to be adjusted so that the reaction composition falls within the following range: Na 2 O / SiO 2 = 0.8~1.5, SiO 2 / Al 2 O 3 = 2.5~5, H 2 O / Na 2 O = 25~60.

したがって、シリカの別の供給源を使用することにより、ゼオライトXの調製部分と変換部分の両方のシリカのアルミナに対するモル比がほぼ一致した、(例えば、いずれも2.0〜3.0、および通常は2.1〜2.7、の範囲内である、)結合剤非含有吸着剤の調製を可能にすることができ、それにより、パラキシレンの吸着分離におけるより低い比のゼオライトXの使用に関する上述の不利益を克服することができる。都合のよいことに、ゼオライトXの変換部分のシリカのアルミナに対するモル比の増加により、結果として生じる結合剤非含有吸着剤の水熱安定性も改善され得る。   Thus, by using another source of silica, the molar ratio of silica to alumina in both the preparation part and the conversion part of zeolite X was approximately matched (for example, both 2.0-3.0, and Can be used to prepare binder-free adsorbents, which are usually in the range of 2.1 to 2.7, thereby using a lower ratio of zeolite X in the adsorption separation of para-xylene The above disadvantages can be overcome. Conveniently, the increased hydrothermal stability of the resulting binder-free adsorbent may be improved by increasing the molar ratio of silica to alumina in the conversion portion of zeolite X.

当該結合剤非含有吸着剤中の、ゼオライトXの調製部分および変換部分の相対量は様々であってもよい。いくつかの実施形態によれば、当該形成粒子の調製に使用するゼオライトX前駆体の量は、5重量%〜40重量%、および通常は10重量%〜30重量%、の範囲となる。したがって、これらの範囲は、本明細書に記載の代表的な結合剤非含有吸着剤中に存在する変換ゼオライトXの量にも相当する。   The relative amounts of zeolite X preparation and conversion moieties in the binder-free adsorbent may vary. According to some embodiments, the amount of zeolite X precursor used to prepare the formed particles ranges from 5 wt% to 40 wt%, and usually from 10 wt% to 30 wt%. Therefore, these ranges also correspond to the amount of converted zeolite X present in the representative binder-free adsorbent described herein.

結晶子サイズが小さいゼオライトXの少なくとも一部分を有する結合剤非含有吸着剤を得ることを目的とする場合には、種々の他の実施形態が可能である。例えば、結晶子サイズが小さいゼオライトX部分は、上述のようにして合成される調製部分として生じるものであってもよく、あるいは、結晶子サイズが小さいゼオライトX部分は、ゼオライトX前駆体の変換によって生じる変換部分であってもよい。この場合、当該ゼオライトXの調製部分は、結晶子サイズが小さくてもよく、または、より大きい平均結晶子サイズ(例えば、従来のゼオライトXの特徴である、1.8ミクロンより大きい平均結晶子サイズ)を有していてもよいが、これは、いずれの実施形態であっても、当該結合剤非含有吸着剤は、結晶子サイズが小さいゼオライトXの少なくとも一部分を有することになるためである。通常、本明細書に記載の吸着剤は、調製部分中にであろうと、もしくは変換部分中にであろうと、またはこれらの部分の両方を合わせたものの中にであろうと、結晶子サイズが小さいゼオライトXの一部分を、優位な量で、含む。よって、吸着剤は、典型的には、少なくとも60重量%の量の結晶子サイズが小さいゼオライトXを含み、また、多くの場合には70重量%〜90重量%の量で結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む。   Various other embodiments are possible when aiming to obtain a binder-free adsorbent having at least a portion of zeolite X with a small crystallite size. For example, a zeolite X portion having a small crystallite size may be produced as a preparation portion synthesized as described above, or a zeolite X portion having a small crystallite size may be obtained by conversion of a zeolite X precursor. It may be the resulting conversion part. In this case, the preparation portion of the zeolite X may have a small crystallite size or a larger average crystallite size (eg, an average crystallite size greater than 1.8 microns, which is characteristic of conventional zeolite X) This is because in any embodiment, the binder-free adsorbent will have at least a portion of zeolite X with a small crystallite size. Typically, the adsorbents described herein have a small crystallite size, whether in the preparation part, in the conversion part, or in a combination of both parts. A portion of zeolite X is included in a significant amount. Thus, the adsorbent typically comprises zeolite X with a small crystallite size in an amount of at least 60% by weight, and often has a small crystallite size in an amount of 70% to 90% by weight. Contains zeolite X.

ゼオライトX前駆体が、結晶子サイズが小さいゼオライトXへと変わる場合には、結合剤非含有吸着剤は、この変換ゼオライトXを優位に含んでいてもよく、あるいは、そうでなければ、当該吸着剤は、結晶子サイズが小さいゼオライトXの変換部分を全体的に含んでいてもよく、または、結晶子サイズが小さいゼオライトXの変換部分から本質的に成っていてもよい。変換ゼオライトXを全体または実質的に全体に含む吸着剤を合成するために、ゼオライトX前駆体を、上述の従来法を用いて、より大きいビーズ、球、ペレット等へと成型または形成して、より大きい粒子(例えば、米国標準メッシュサイズ16〜60の範囲のもの)を調製してもよいが、ゼオライトXの調製部分の添加は行なわない。   If the zeolite X precursor is converted to zeolite X with a small crystallite size, the binder-free adsorbent may preferentially contain this converted zeolite X, or else the adsorption The agent may entirely comprise a converted portion of zeolite X with a small crystallite size, or may consist essentially of a converted portion of zeolite X with a small crystallite size. In order to synthesize an adsorbent containing the converted zeolite X in whole or substantially entirely, the zeolite X precursor is molded or formed into larger beads, spheres, pellets, etc. using the conventional methods described above, Larger particles (e.g., in the range of US standard mesh size 16-60) may be prepared, but the addition of the zeolite X preparation portion is not performed.

他の実施形態によれば、ナノサイズのゼオライトX(すなわち、500ナノメートル未満の、および典型的には20ナノメートル〜300ナノメートルの、平均結晶子サイズを有するゼオライトX)を、ゼオライトX前駆体から、変換部分として得ることができる。ゼオライトXの変換部分が結晶子サイズが小さいゼオライトXまたはナノサイズのゼオライトXである上述の実施形態に関し、これらの変更結晶子サイズを有するゼオライトXへと変換することのできるゼオライトX前駆体の種類としては、ケイ酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミニウムクロロハイドレート(aluminum chlorohydrate)、および/またはヒュームド、沈降、コロイダル、有機金属の、もしくは、他の固体もしくは液体の、シリコン(もしくはシリカ)もしくはアルミニウム(もしくはアルミナ)の供給源、が挙げられるが、これらに限定されるものではない。そのような他の供給源としては、粘土および関連鉱物、ならびに、上記に記載した前駆体のうちの2種類以上の組み合わせから生じ、アルミノケイ酸塩前駆体を形成するもの、例えば非晶質アルミノケイ酸塩共沈物、ゾル−ゲル、またはそれらから形成される他の固体など、が挙げられる。ゼオライトX結晶子サイズは、反応pH、時間、温度、撹拌の程度、および、試薬(上述のものおよび例えば水酸化ナトリウムまたは他の鉱化剤などの他のものを含む)の濃度により、結晶子サイズが小さいゼオライトXまたはナノサイズのゼオライトXに関して上記に記載した範囲内で調節される。例えばカオリンまたはハロイサイト粘土などのゼオライトX前駆体の粒子サイズを変動させることにより、変換部分のゼオライトX結晶子サイズを変動させることもできる。   According to other embodiments, nanosized zeolite X (i.e., zeolite X having an average crystallite size of less than 500 nanometers and typically 20 nanometers to 300 nanometers) is added to the zeolite X precursor. It can be obtained from the body as a conversion part. For the above-described embodiments where the conversion portion of zeolite X is zeolite X with a small crystallite size or nano-size zeolite X, the types of zeolite X precursors that can be converted to zeolite X with these altered crystallite sizes As sodium silicate, sodium aluminate, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum chlorohydrate, and / or fumed, precipitated, colloidal, organometallic, or other solid or liquid silicon ( Or a source of silica) or aluminum (or alumina), but is not limited thereto. Such other sources include clays and related minerals, and those resulting from combinations of two or more of the precursors described above to form aluminosilicate precursors, such as amorphous aluminosilicates Salt co-precipitates, sol-gels, or other solids formed from them. Zeolite X crystallite size depends on the reaction pH, time, temperature, degree of agitation, and concentration of reagents (including those mentioned above and others such as sodium hydroxide or other mineralizers). The size is adjusted within the range described above for small zeolite X or nano-sized zeolite X. For example, the zeolite X crystallite size of the conversion portion can be changed by changing the particle size of the zeolite X precursor such as kaolin or halloysite clay.

したがって、本明細書に記載の結合剤非含有吸着剤は、ゼオライトXの調製部分およびゼオライトXの変換部分を含んでいてもよい。当該調製部分および変換部分は、上述の手順に従って、作製してもよく、例えば、上記の結晶子サイズが小さいゼオライトXの合成手順を用いて調製部分を作製してもよく、また、上記の変換手順を用いて変換部分を作製してもよい。その後、これらの吸着剤を、本明細書に記載の手順に従って、パラキシレンの吸着分離に使用することができる。当業者であって、かつ、本開示を閲覧する者は、ゼオライトXの調製部分および変換部分に関し、シリカのアルミナに対するモル比、平均結晶子サイズ、相対量、および他の性質は、所定の用途のための、強度、イオン交換容量、吸着剤容量、脱着剤選択性、物質移動等を含む、結果として生じる吸着剤の所望の特性に左右されるということを理解するであろう。   Thus, the binder-free adsorbent described herein may comprise a preparation portion of zeolite X and a conversion portion of zeolite X. The preparation part and the conversion part may be prepared according to the above-described procedure. For example, the preparation part may be prepared using the synthesis procedure of zeolite X having a small crystallite size, and the conversion described above. The conversion portion may be made using a procedure. These adsorbents can then be used for the adsorption separation of para-xylene according to the procedures described herein. Those of ordinary skill in the art and viewing this disclosure will be aware that the molar ratio of silica to alumina, average crystallite size, relative amount, and other properties for the preparation and conversion portions of zeolite X are determined for a given application. It will be appreciated that the desired qualities of the resulting adsorbent, including strength, ion exchange capacity, adsorbent capacity, desorbent selectivity, mass transfer, etc., will depend on

典型的な結合剤非含有吸着剤では、非ゼオライト系材料は実質的に存在しない(例えば、当該吸着剤中に、通常、2重量%未満、典型的には1重量%未満、および多くの場合には0.5重量%未満、の量で存在する)。非ゼオライト系材料または非晶質材料が存在しないこと、または実質的に存在しないことは、結晶構造を検証するべくX線回折および/または高分解能走査型電子顕微鏡法(HR−SEM)を用いて当該結合剤非含有吸着剤を分析することによって確認することができる。マクロ細孔およびミクロ細孔の構造および分布は、水銀圧入法(mercury porosimetry)または液体酸素吸着を用いて特徴決定および確認することができる。   In typical binder-free adsorbents, there is substantially no non-zeolitic material (eg, typically less than 2 wt%, typically less than 1 wt%, and often in the adsorbent) Present in an amount of less than 0.5% by weight). The absence or substantial absence of non-zeolitic or amorphous materials can be confirmed using X-ray diffraction and / or high resolution scanning electron microscopy (HR-SEM) to verify the crystal structure. This can be confirmed by analyzing the binder-free adsorbent. The structure and distribution of macropores and micropores can be characterized and confirmed using mercury porosimetry or liquid oxygen adsorption.

結合剤非含有吸着剤中の調製ゼオライトX(例えば、結晶子サイズが小さいゼオライトX)および変換ゼオライトXの部分は、最初はナトリウム型であってもよく、また、当該ナトリウム陽イオンは、公知技術を用いて、例えばバリウム、カリウム、ストロンチウム、および/またはカルシウムなどの別の陽イオンで、部分的にまたは完全に、交換されてもよい。例えば、ゼオライトXがそのイオン交換可能部位のうちの少なくとも一部をナトリウムイオンの形で有している合成した結合剤非含有吸着剤を、バリウムイオンおよび/またはカリウムイオンによるナトリウムイオンのイオン交換または置換をもたらし得る温度および時間の条件(例えば、20〜125℃で0.5〜10時間)でバリウムイオン含有溶液中またはバリウムおよびカリウムイオン含有溶液中に浸漬してもよい。公知技術に従ったカラム操作により、例えば予熱した塩化バリウム/塩化カリウム溶液を吸着剤粒子のカラム中へと送り込むことなどにより、イオン交換を行って、ゼオライトXのナトリウム陽イオンを完全に置換してもよい。結合剤非含有吸着剤の濾過、溶液からの除去、および(例えば、同じ比もしくは異なる比の陽イオンまたは他の種類の陽イオンを有する)新しい溶液中への再浸漬を、所望の種類および比の陽イオンに関して所望の交換レベルが達成されるまで、繰り返してもよい。通常は、結晶子サイズが小さいゼオライトXをゼオライトXの調製部分もしくは変換部分のいずれか、または両部分の組み合わせとして含む結合剤非含有吸着剤は、少なくとも95%または実質的に全部(例えば、少なくとも99%)の、バリウムまたはバリウムとカリウムとの組み合わせによって交換されたゼオライトXのイオン交換可能部位を有する。通常、他の金属イオンが、当該吸着剤の吸着特性を変化させるのに効果のある量でゼオライトXの調製部分(例えば、結晶子サイズが小さいゼオライトX)またはゼオライトXの変換部分のイオン交換可能部位を占めることはない。代表的な実施形態では、結晶子サイズが小さいゼオライトXは、60%〜100%の、バリウムによって交換されたイオン交換可能部位、および0%〜40%の、カリウムによって交換されたイオン交換可能部位を有する。   The portion of the prepared zeolite X (eg, zeolite X with a small crystallite size) and converted zeolite X in the binder-free adsorbent may initially be in the sodium form, and the sodium cation is known in the art. May be partially or fully exchanged with another cation such as barium, potassium, strontium, and / or calcium. For example, a synthetic binder-free adsorbent in which zeolite X has at least some of its ion-exchangeable sites in the form of sodium ions can be obtained by ion exchange of sodium ions with barium ions and / or potassium ions or It may be immersed in a barium ion-containing solution or in a barium and potassium ion-containing solution at conditions of temperature and time that can result in substitution (eg, at 20-125 ° C. for 0.5-10 hours). By column operation according to known techniques, for example, by feeding a preheated barium chloride / potassium chloride solution into the column of adsorbent particles, ion exchange is performed to completely replace the sodium cation of zeolite X. Also good. Filter the binder-free adsorbent, remove it from the solution, and re-immerse it in a new solution (eg, with the same or different ratio of cations or other types of cations) to the desired type and ratio. Repeat until the desired exchange level is achieved for the cations. Typically, at least 95% or substantially all of the binder-free adsorbent containing zeolite X with a small crystallite size as either a preparation or conversion part of zeolite X or a combination of both parts (e.g., at least 99%) of zeolite X exchanged by barium or a combination of barium and potassium. Usually, other metal ions can exchange ions in the preparation part of zeolite X (eg zeolite X with a small crystallite size) or conversion part of zeolite X in an amount effective to change the adsorption properties of the adsorbent. It does not occupy a part. In an exemplary embodiment, zeolite X with a small crystallite size comprises 60% to 100% ion exchangeable sites exchanged by barium and 0% to 40% ion exchangeable sites exchanged by potassium. Have

イオン交換可能部位の数は、当該ゼオライトXの全体的なSiO/Alモル比が増加するにつれて減少する。この全体的な比は、調製ゼオライトX部分および変換ゼオライトX部分のうちの片方または両方の比を変えることによって影響を受け得る。また、単位格子(unit cell)当たりの陽イオンの総数は、一価の陽イオン(例えばK)が二価の陽イオン(例えばBa+2)によって置換されるにつれて減少する。当該ゼオライトX結晶構造内にはイオン交換可能部位の場所が多数存在し、これらのうちのいくらかはスーパーケージの外に位置している。全体として、ゼオライト結晶構造中の陽イオンの数および場所は、存在する陽イオンの大きさおよび数、ならびに、当該ゼオライトのSiO/Alモル比、に依存する。 The number of ion-exchangeable sites decreases as the overall SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite X increases. This overall ratio can be influenced by changing the ratio of one or both of the prepared zeolite X portion and the converted zeolite X portion. Also, the total number of cations per unit cell decreases as monovalent cations (eg, K + ) are replaced by divalent cations (eg, Ba +2 ). There are many ion exchangeable sites in the zeolite X crystal structure, some of which are located outside the super cage. Overall, the number and location of cations in the zeolite crystal structure depends on the size and number of cations present and the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite.

当業者は、(例えば、抽出流中へのパラキシレンの純度および回収率に関する)吸着剤の性能が、操作条件、供給流の組成、含水量、ならびに脱着剤のタイプおよび組成などの、多くのプロセス変数によって影響される、ということを理解するであろう。したがって、最適な脱着剤の組成は、相互に関係する多くの変数に依存する。通常は、本明細書に記載したような少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素を含有する混合物からのパラキシレンの吸着分離ためのプロセスにより、供給流からの全体的なパラキシレン回収率が高い状態(例えば、少なくとも90%、92%〜99.5%、または95%〜99%)で、抽出生成物流における高パラキシレン純度(例えば、少なくとも99重量%または少なくとも99.5重量%でさえ)を達成することができる。   Those skilled in the art will recognize that adsorbent performance (eg, with respect to purity and recovery of para-xylene in the extract stream) depends on many conditions such as operating conditions, feed stream composition, water content, and desorbent type and composition. You will understand that it is affected by process variables. Thus, the optimal desorbent composition depends on many interrelated variables. Typically, the overall paraxylene recovery from the feed stream is achieved by a process for adsorptive separation of paraxylene from a mixture containing at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon as described herein. In a high state (eg, at least 90%, 92% -99.5%, or 95% -99%) and high paraxylene purity (eg, at least 99% or at least 99.5% by weight) in the extraction product stream. Even) can be achieved.

全体的な吸着剤性能に関する考慮すべき1つの問題はその含水量であり、これは、未使用の吸着剤試料を900℃で例えば窒素などの不活性ガスパージ下で恒量に達するのに十分なある期間(例えば2時間)にわたり乾燥させることによって得た重量差を測定する、強熱減量(Loss on Ignition:LOI)試験によって決定することができる。試料をまず350℃で2時間にわたり調整する。試料の初期重量を基準とした重量減少率が900℃におけるLOIである。結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤には、通常、4重量%〜7重量%、および好ましくは4重量%〜6.5重量%、のLOIが望ましい。LOI値の増加は、所望するよりも低いLOIを有する一定量の吸着剤と一定量の水とを、密閉したデシケーター内で、平衡が成立するまで平衡化することによって達成することができる。吸着剤のLOI値は、200〜350℃において、不活性ガスパージ下または真空下で、ある期間(例えば2時間)にわたって乾燥させることにより、減少させてもよい。   One issue to consider regarding overall adsorbent performance is its water content, which is sufficient to reach a constant weight of an unused adsorbent sample at 900 ° C. under an inert gas purge such as nitrogen. It can be determined by the Loss on Ignition (LOI) test, which measures the weight difference obtained by drying over a period of time (eg 2 hours). The sample is first conditioned at 350 ° C. for 2 hours. The weight loss rate based on the initial weight of the sample is LOI at 900 ° C. For binderless adsorbents containing zeolite X with a small crystallite size, a LOI of 4% to 7% by weight, and preferably 4% to 6.5% by weight, is usually desirable. An increase in LOI value can be achieved by equilibrating a certain amount of adsorbent with a lower LOI than desired and a certain amount of water in a closed desiccator until equilibrium is established. The LOI value of the adsorbent may be reduced by drying at 200-350 ° C. under an inert gas purge or under vacuum for a period of time (eg 2 hours).

吸着分離プロセス中に吸着剤LOIをモニターするためには、そのようなプロセスの、適切な出口流、例えばラフィネート流および/または抽出流、の含水量を測定することが望ましい場合がある。また、吸着剤LOIは、所望する場合には、連続的または断続的な、水の、適切な入口流への、例えば供給流および/または脱着剤流への、添加または注入によって、調節または維持することができる。一実施形態によれば、吸着剤LOIは、抽出流および/またはラフィネート流中の含水量をモニターすることによって維持される。例えば、所望の吸着剤LOIに相当する、これらの流れのうちの片方または両方に含まれる水の代表的な範囲は、20重量ppm〜120重量ppmである。多くの場合、これらの出口流のうちの一方または両方に含まれる所望の含水量は、40重量ppm〜80重量ppmである。水を、上述のように、供給流および/または脱着剤流に、連続的または断続的な注入によって加えて、抽出流、ラフィネート流、またはその両方に含まれるこれらの測定される水レベルを維持することができる。   In order to monitor the adsorbent LOI during the adsorptive separation process, it may be desirable to measure the water content of such an appropriate outlet stream, such as a raffinate stream and / or an extract stream. Also, the adsorbent LOI may be adjusted or maintained, if desired, by addition or injection of continuous or intermittent water into the appropriate inlet stream, for example into the feed and / or desorbent stream. can do. According to one embodiment, the adsorbent LOI is maintained by monitoring the water content in the extract stream and / or raffinate stream. For example, a typical range of water contained in one or both of these streams corresponding to the desired adsorbent LOI is 20 ppm to 120 ppm by weight. Often, the desired water content contained in one or both of these outlet streams is between 40 ppm by weight and 80 ppm by weight. Water is added to the feed stream and / or desorbent stream as described above by continuous or intermittent injection to maintain these measured water levels contained in the extract stream, raffinate stream, or both. can do.

この分析の際、典型的にはおよそ0.5重量%程度の他の揮発性成分(例えば有機材料)も失われるということから、LOIは吸着剤水和レベル(または含水量)の間接的または相対的な測定値である、ということが理解される。したがって、所望の吸着剤含水量とは、単に、上述のように測定した4重量%〜7重量%のLOIに相当する含水量である。必要な場合には、ゼオライト系吸着剤試料中の水の絶対量は、例えばカール・フィッシャー(ASTM D 1364)などの、公知の分析法によって決定することができる。   During this analysis, other volatile components (eg, organic materials), typically on the order of 0.5% by weight, are also lost, so LOI is an indirect measure of adsorbent hydration level (or water content) or It is understood that it is a relative measurement. Therefore, the desired adsorbent water content is simply the water content corresponding to a LOI of 4 wt% to 7 wt% measured as described above. If necessary, the absolute amount of water in the zeolitic adsorbent sample can be determined by known analytical methods such as Karl Fischer (ASTM D 1364).

他のC8アルキル芳香族化合物からのパラキシレンの吸着分離は液相または蒸気相のいずれにおいて行なってもよいが、通常は、優位に液相の操作が用いられる。上述したように、175℃(350°F)未満、例えば130℃(270°F)〜165℃(330°F)、の吸着温度は、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤で使用する場合に、特に有利である。これは、これらの温度において、従来の吸着剤が、改善されたパラキシレン吸着選択性および吸着剤容量を活用するのを妨げている、物質移動律速が克服されるためである。吸着条件には、常圧から600psigまでの範囲の圧力も含まれる場合があり、1barg(15psig)〜40barg(580psig)の圧力が典型的である。脱着条件には、吸着に使用されるのと実質的に同じ温度および圧力が含まれる場合が多い。   The adsorption separation of para-xylene from other C8 alkyl aromatic compounds may be carried out either in the liquid phase or in the vapor phase, but usually the liquid phase operation is predominantly used. As mentioned above, the adsorption temperature below 175 ° C. (350 ° F.), for example 130 ° C. (270 ° F.) to 165 ° C. (330 ° F.), is a binder-free adsorption comprising zeolite X with a small crystallite size It is particularly advantageous when used in preparations. This is because at these temperatures, mass transfer rate limiting, which prevents conventional adsorbents from exploiting improved paraxylene adsorption selectivity and adsorbent capacity, is overcome. Adsorption conditions may include pressures ranging from normal pressure to 600 psig, with pressures typically from 1 barg (15 psig) to 40 barg (580 psig). Desorption conditions often include substantially the same temperature and pressure used for adsorption.

パラキシレンの分離は、上述したように、パラキシレンと少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素との混合物を、吸着剤と、吸着条件下で、接触させることによって行う。例えば、オルトキシレン、メタキシレン、およびエチルベンゼンに優先して吸着相中でパラキシレンを選択的に吸着するために、C8アルキル芳香族炭化水素の混合物を含む供給流を、当該吸着剤の床と接触させることができる。当該供給流のこれら他のC8アルキル芳香族成分は、非吸着相として、吸着ゾーンを選択的に通過し得る。   As described above, the separation of para-xylene is performed by bringing a mixture of para-xylene and at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon into contact with an adsorbent under adsorption conditions. For example, a feed stream containing a mixture of C8 alkyl aromatic hydrocarbons is contacted with the bed of adsorbent to selectively adsorb paraxylene in the adsorption phase over orthoxylene, metaxylene, and ethylbenzene. Can be made. These other C8 alkyl aromatic components of the feed stream can selectively pass through the adsorption zone as a non-adsorbing phase.

C8アルキル芳香族炭化水素の混合物を含む供給流は、分離ユニットの生成物を含む、種々の精製プロセス流(例えば改質油)から分離することができる。そのような分離は不正確であり、したがって、供給原料は、限られた量(例えば、5モル%未満、および多くの場合には2モル%未満)の他の化合物、例えばC9アルキル芳香族炭化水素、を含有することが予想される。ほとんどの場合において、当該供給原料は、主にC8アルキル芳香族炭化水素であり、また、合計で10モル%未満、典型的には5モル%未満、および場合によっては1モル%未満となる、他の種類の化合物を含有する。あるタイプの分離プロセスでは、吸着剤の吸着容量に達した後、当該吸着剤への供給流入口フローを停止し、次いで、吸着ゾーンを洗い流して、最初に吸着剤を囲んでいた非吸着相を、吸着剤との接触から除去する。所望のパラキシレンが豊富となった吸着相は、その後、吸着剤を、例えばトルエン、ベンゼン、インダン、パラジエチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、またはその混合物などの環状炭化水素(例えば芳香環含有炭化水素)を通常含む脱着剤で処理することによって、吸着剤細孔から脱着することができる。一般に、(i)当該非吸着相を、当該脱着剤を含むラフィネート流中へと洗い流すこと、および、(ii)当該吸着相を、同様に当該脱着剤を含む抽出流中へと脱着すること、の両方に、同じ脱着剤が使用される。当該抽出流は、パラキシレンが豊富になっている吸着相を含有しているため、供給流に比較して、脱着剤を含まないという基礎に基づいて考える場合には、この抽出流もまた、パラキシレンが豊富になる。   A feed stream comprising a mixture of C8 alkyl aromatic hydrocarbons can be separated from various refining process streams (eg, reformate), including the product of the separation unit. Such separation is inaccurate and therefore the feedstock is limited to other compounds such as C9 alkyl aromatic carbonization (eg, less than 5 mol%, and often less than 2 mol%). It is expected to contain hydrogen. In most cases, the feedstock is predominantly C8 alkyl aromatic hydrocarbons and totals less than 10 mol%, typically less than 5 mol%, and sometimes less than 1 mol%, Contains other types of compounds. In one type of separation process, after reaching the adsorption capacity of the adsorbent, the feed inlet flow to the adsorbent is stopped, and then the adsorption zone is washed away to remove the non-adsorbed phase that originally surrounded the adsorbent. Remove from contact with the adsorbent. The adsorbed phase enriched in the desired paraxylene is then used to adsorb the adsorbent with a cyclic hydrocarbon such as toluene, benzene, indane, paradiethylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene, or mixtures thereof (eg, aromatic ring containing carbon It can be desorbed from the adsorbent pores by treatment with a desorbent that normally contains hydrogen). In general, (i) washing the non-adsorbed phase into a raffinate stream containing the desorbent, and (ii) desorbing the adsorbed phase into an extract stream that also contains the desorbent, The same desorbent is used for both. Since this extract stream contains an adsorbed phase enriched in para-xylene, this extract stream is also considered when considered on the basis of no desorbent compared to the feed stream. Rich in para-xylene.

本明細書で用いられているように、「供給流」とは、当該吸着分離プロセスによって分離しようとする、所望の抽出成分(パラキシレン)および1種類以上のラフィネート成分を含有する混合物である。したがって、「供給原料混合物」(すなわち、「供給原料混合物成分」を含む)には、例えばキシレン(上述のオルトキシレン、メタキシレン、およびパラキシレン)およびエチルベンゼンの混合物などの、抽出成分およびラフィネート成分の混合物が含まれる。供給流は、当該プロセスにおいて使用する(例えば1種類以上の吸着剤床の形の)吸着剤への入口流である。「抽出成分」とは、吸着剤によって選択的に吸着される、化合物または化合物の種類である。「ラフィネート成分」とは、より選択性に吸着されない(または選択的に排除される)、化合物または化合物の種類である。「脱着剤」とは、通常、抽出成分を吸着剤から脱着することのできる任意の材料であり、「脱着剤流」とは、脱着剤を含有する、吸着剤への入口流である。「ラフィネート流」とは、吸着剤からの出口流であり、ここでは、ラフィネート成分が除去される。ラフィネート流の組成は、本質的に100%の脱着剤から本質的に100%のラフィネート成分まで、様々であってもよく、少量は、1種類以上の抽出成分であってもよい。「抽出流」とは、吸着剤からの出口流であり、ここでは抽出成分が除去される。抽出流の組成は、本質的に100%の脱着剤から本質的に100%の抽出成分まで、様々であってもよく、少量は、1種類以上のラフィネート成分であってもよい。   As used herein, a “feed stream” is a mixture containing the desired extraction component (paraxylene) and one or more raffinate components to be separated by the adsorptive separation process. Thus, the “feedstock mixture” (ie, including “feedstock mixture components”) includes extraction components and raffinate components such as, for example, a mixture of xylene (orthoxylene, metaxylene, and paraxylene described above) and ethylbenzene A mixture is included. The feed stream is the inlet stream to the adsorbent (eg in the form of one or more adsorbent beds) used in the process. An “extracted component” is a compound or type of compound that is selectively adsorbed by an adsorbent. A “raffinate component” is a compound or type of compound that is less selectively adsorbed (or selectively excluded). A “desorbent” is typically any material capable of desorbing an extracted component from an adsorbent, and a “desorbent stream” is an inlet stream to an adsorbent that contains a desorbent. A “raffinate stream” is the outlet stream from the adsorbent, where the raffinate component is removed. The composition of the raffinate stream can vary from essentially 100% desorbent to essentially 100% raffinate components, with a small amount being one or more extraction components. An “extraction stream” is the exit stream from the adsorbent, where the extracted components are removed. The composition of the extract stream may vary from essentially 100% desorbent to essentially 100% extract components, with a minor amount being one or more raffinate components.

典型的には、抽出流およびラフィネート流の少なくとも一部を(例えば蒸留によって)精製して脱着剤を除去し、それによって、抽出生成物流およびラフィネート生成物流を産生する。この「抽出生成物流」および「ラフィネート生成物流」とは、それぞれ、抽出成分およびラフィネート成分を、それぞれ、抽出流中およびラフィネート流中に存在するよりも高い濃度で、かつ、供給流中に存在するよりも高い濃度で、含有する、当該吸着分離プロセスによって産生される生成物を指すものである。   Typically, at least a portion of the extract stream and raffinate stream is purified (eg, by distillation) to remove the desorbent, thereby producing an extract product stream and a raffinate product stream. The “extracted product stream” and “raffinate product stream” are respectively present in the feed stream at a higher concentration and in the extract stream than in the extract stream and raffinate stream, respectively. Refers to the product produced by the adsorptive separation process, contained at a higher concentration.

容量の増加によって、供給原料混合物の特定の充填速度に対する、抽出成分を分離するのに必要な吸着剤の量(および結果的にはコスト)を減少させることが可能となるため、特定の容積の抽出成分を吸着するための吸着剤の容量は重要な特性である。抽出成分に対する良好な初期容量ならびに総吸着剤容量は、吸着分離プロセスにおける実際の使用中、いくらかの経済的に望ましい寿命を超えて、維持されるべきものである。   Increasing the volume can reduce the amount of adsorbent (and consequently cost) required to separate the extractables for a specific feed rate of the feed mixture so that a specific volume of The capacity of the adsorbent for adsorbing the extracted components is an important property. A good initial capacity for the extracted components as well as the total adsorbent capacity should be maintained over some economically desirable lifetime during actual use in the adsorption separation process.

脱着剤による抽出成分(パラキシレン)の交換の速度は、通常、時間に対するパルス試験中に得た、吸着ゾーン溶出物中の種々の化学種の組成をプロットすることによって得た半分の強さにおけるピークエンベロープ幅によって特徴付けされ得る。当該ピーク幅が狭くなればなるほど、脱着速度はより速くなる。また、脱着速度は、トレーサーピークエンベロープの中心と、脱着されたばかりの抽出成分の消失との間の距離によっても特徴付けされ得る。この距離は、時間依存的なものであり、よって、この時間間隔中に使用される脱着剤の容積の尺度である。当該トレーサーは、通常、吸着剤カラム中を、分離しようとする材料よりも速く移動する、比較的に非吸着の化合物である。   The rate of exchange of the extracted component (paraxylene) by the desorbent is typically at half the strength obtained by plotting the composition of the various species in the adsorption zone eluate obtained during the pulse test against time. Can be characterized by peak envelope width. The narrower the peak width, the faster the desorption rate. Desorption rate can also be characterized by the distance between the center of the tracer peak envelope and the disappearance of the extracted components that have just been desorbed. This distance is time dependent and is therefore a measure of the volume of desorbent used during this time interval. The tracer is usually a relatively non-adsorbing compound that moves faster through the adsorbent column than the material to be separated.

抽出成分についてのラフィネート成分に対する選択性(β)は、抽出成分ピークエンベロープの中心とトレーサーピークエンベロープ(または他の基準点)との間の距離の、ラフィネート成分ピークエンベロープの中心とトレーサーピークエンベロープ(または基準点)との間の対応する距離に対する比、によって特徴付けされ得る。当該選択性は、平衡条件にて、吸着相中の2つの成分の比を、非吸着相中の同じ2つの成分の比で割ったものに相当する。したがって、選択性は、次の式から算出することができる:
選択性=(重量%C/重量%D)/(重量%C/重量%D
式中、CおよびDは供給原料混合物の2つの成分を重量パーセントで表したものであり、下付き文字AおよびUは、それぞれ、吸着相および非吸着相を表したものである。平衡条件は、吸着剤の床上を通過する供給原料が組成を変えない場合に、言い換えれば、非吸着相と吸着相との間に生じる材料の正味の移動がない場合に、決定される。上記方程式では、1.0よりも大きい選択性は、吸着剤内で成分Cが優先的に吸着されるということを示す。反対に、1.0未満の選択性は、成分Dが優先的に吸着され、それにより、非吸着相は成分Cがより豊富となり、吸着相は成分Dがより豊富となる、ということを示すであろう。
The selectivity for the raffinate component for the extract component (β) is the distance between the center of the extract component peak envelope and the tracer peak envelope (or other reference point), the center of the raffinate component peak envelope and the tracer peak envelope (or Ratio to the corresponding distance between the reference points). The selectivity corresponds to the ratio of the two components in the adsorbed phase divided by the ratio of the same two components in the non-adsorbed phase at equilibrium conditions. Therefore, selectivity can be calculated from the following equation:
Selectivity = (wt% C A / wt% D A ) / (wt% C U / wt% D U )
Where C and D represent the two components of the feed mixture in weight percent, and the subscripts A and U represent the adsorbed phase and the non-adsorbed phase, respectively. Equilibrium conditions are determined when the feedstock passing over the adsorbent bed does not change composition, in other words, when there is no net movement of material between the non-adsorbed and adsorbed phases. In the above equation, a selectivity greater than 1.0 indicates that component C is preferentially adsorbed within the adsorbent. Conversely, a selectivity of less than 1.0 indicates that component D is preferentially adsorbed, so that the non-adsorbed phase is richer in component C and the adsorbed phase is richer in component D. Will.

2つの成分の選択性が1.0に接近する場合には、吸着剤によって、一方の成分が、もう一方に対して優先的に吸着されるということはない(すなわち、これらはいずれも、互いに対して同じ程度吸着される)。選択性が1.0から離れるにつれて、吸着剤によって、一方の成分が、もう一方に対して、益々優先的に吸着される。選択性は、一方の供給流化合物に対するもう一方の供給流化合物について表すことができる(例えば、パラキシレンのメタキシレンに対する選択性)のみならず、任意の供給流化合物と脱着剤との間で表すこともできる(例えば、パラキシレンのパラジエチルベンゼンに対する選択性)。   If the selectivity of the two components approaches 1.0, the adsorbent does not preferentially adsorb one component to the other (ie, they are both To the same extent). As selectivity deviates from 1.0, one component is more and more preferentially adsorbed by the adsorbent over the other. Selectivity can be expressed not only for one feedstream compound relative to one feedstream compound (eg, selectivity for paraxylene over metaxylene) but also between any feedstream compound and desorbent. (Eg, selectivity of para-xylene over para-diethylbenzene).

抽出成分のラフィネート成分に対する吸着剤選択性が1よりもほんのわずかに大きい場合、ラフィネート成分からの抽出成分の分離は理論的には可能ではあるが、プロセス経済性を考慮すれば、この選択性は少なくとも2であることが好ましい。分留における相対揮発度に類似して、当該選択性が高ければ高いほど、吸着分離を行うことはより容易になる。選択性がより高くなることによって、指向的に、使用する吸着剤の量をより少なくすることが可能となる。これは、ちょうど、所定の供給原料について所定の蒸留分離を行うために、より高い相対揮発度には、理論的上の蒸留段階がより少ないこと(および、より小さいカラム)が必要であるように。   In the case where the adsorbent selectivity for the raffinate component of the extract component is only slightly greater than 1, separation of the extract component from the raffinate component is theoretically possible, but considering the process economy, this selectivity is Preferably it is at least 2. Similar to the relative volatility in fractional distillation, the higher the selectivity, the easier it is to perform adsorption separation. By increasing the selectivity, the amount of the adsorbent to be used can be reduced in a directional manner. This is just as the higher relative volatility requires fewer theoretical distillation steps (and smaller columns) to perform a given distillation separation for a given feedstock. .

吸着分離プロセスのための脱着剤は、いくつかの基準を満たすべく、賢明に選択されなければならない。当該脱着剤は、理想的には、次に続く吸着サイクルにおいて抽出成分が脱着剤と入れ替わるのを妨げるほど強力には吸着されることなく、吸着剤から妥当な質量流速で抽出成分と入れ替わるのに十分な強度を有している(すなわち、十分強力に吸着される)べきである。選択性の観点からは、当該吸着剤は、ラフィネート成分に対する脱着剤に対して選択的であるよりも、ラフィネート成分に対する抽出成分に対して、より選択的であることが好ましい。加えて、当該脱着剤は、吸着剤および供給原料混合物の両方と適合性のものでなければならない。特に、当該脱着剤は、当該吸着剤の、抽出成分のラフィネート成分に対する所望の選択性に悪影響を及ぼすものであってはならない。加えて、典型的には抽出流およびラフィネート流は共に脱着剤によって混合物中で吸着剤から除去されるため、当該脱着剤は、抽出成分およびラフィネート成分に対して本質的に化学的不活性であるべきである。脱着剤および抽出成分またはラフィネート成分に関わるいかなる化学反応も、生成物の回収を複雑化するか、または場合によっては妨げるであろう。   The desorbent for the adsorptive separation process must be wisely selected to meet several criteria. Ideally, the desorbent is not adsorbed so strongly as to prevent the extractant from replacing the desorbent in the subsequent adsorption cycle, but replaces the extractant from the adsorbent at a reasonable mass flow rate. It should have sufficient strength (ie, be adsorbed sufficiently strongly). From the point of view of selectivity, the adsorbent is preferably more selective for the extraction component for the raffinate component than for the desorption agent for the raffinate component. In addition, the desorbent must be compatible with both the adsorbent and the feed mixture. In particular, the desorbent must not adversely affect the desired selectivity of the adsorbent for the raffinate component of the extracted component. In addition, since the extract stream and raffinate stream are typically both removed from the adsorbent in the mixture by the desorbent, the desorbent is essentially chemically inert to the extract and raffinate components. Should. Any chemical reaction involving the desorbent and the extract or raffinate component will complicate or possibly prevent product recovery.

したがって、当該脱着剤について考慮すべき性能パラメータは、供給原料の抽出成分の交換のその速度であり、言い換えれば、抽出成分の脱着の相対速度である。このパラメータは、抽出成分を吸着剤から脱着するために吸着分離プロセスにおいて使用しなければならない脱着剤の量に直接関係している。交換の速度がより速いことによって、必要な脱着剤の量が減少し、それ故に、より大きい脱着剤を含有するプロセス流に付随する操作コスト(これらの流れからの脱着剤の分離およびリサイクルを含む)が減少する。抽出成分に対する脱着剤選択性が1またはそれよりもわずかに低いことは、すべての抽出成分が、妥当な流速の脱着剤によって確実に脱着されることの助けとなり、また、それに続く吸着工程において、抽出成分が脱着剤と確実に入れ替わることの助けともなる。   Therefore, the performance parameter to be considered for the desorbent is its rate of exchange of the extracted components of the feedstock, in other words the relative rate of desorption of the extracted components. This parameter is directly related to the amount of desorbent that must be used in the adsorption separation process to desorb the extracted components from the adsorbent. The faster exchange rate reduces the amount of desorbent required and, therefore, operating costs associated with process streams containing larger desorbents (including separation and recycling of desorbents from these streams). ) Decreases. A slightly lower desorbent selectivity for the extract component of 1 or slightly helps to ensure that all extract components are desorbed by a desorbent at a reasonable flow rate, and in subsequent adsorption steps, It also helps to ensure that the extracted components are replaced with the desorbent.

さらに、通常はラフィネート流も抽出流も共に脱着剤を含有することから、当該脱着剤は、供給流中に導入される抽出成分およびラフィネート成分の混合物から容易に分離可能でもあるべきである。抽出流およびラフィネート流中の脱着剤を分離する方法がなければ、抽出生成物中の抽出成分の濃度およびラフィネート生成物中のラフィネート成分の濃度は商業的に好ましいものとはならず、また、当該脱着剤は当該プロセスにおける再利用に利用できないものとなるであろう。したがって、例えば逆浸透法などの他の分離方法を、単独で、または蒸留もしくは蒸発と組み合わせて使用することも可能であるが、通常は、当該脱着剤の少なくとも一部は、吸着分離プロセスの抽出流およびラフィネート流から、蒸留または蒸発によって回収される。この点に関し、当該脱着剤は、通常、「軽い」または「重い」脱着剤であり、これらは、パラキシレン吸着分離プロセスの抽出流およびラフィネート流中のC8アルキル芳香族炭化水素から、それぞれ、蒸留の塔頂生成物(overhead product)または塔底生成物(bottoms product)として、容易に分離可能である。   Further, since both the raffinate stream and the extract stream usually contain a desorbent, the desorbent should also be easily separable from the mixture of extractive and raffinate components introduced into the feed stream. Without a method for separating the desorbent in the extract stream and raffinate stream, the concentration of the extract component in the extract product and the concentration of the raffinate component in the raffinate product would not be commercially preferred and The desorbent will not be available for reuse in the process. Thus, other separation methods such as reverse osmosis can be used alone or in combination with distillation or evaporation, but usually at least a portion of the desorbent is extracted from the adsorption separation process. Recovered from the stream and raffinate stream by distillation or evaporation. In this regard, the desorbents are typically “light” or “heavy” desorbents, which are distilled from C8 alkyl aromatic hydrocarbons in the extraction and raffinate streams of the paraxylene adsorption separation process, respectively. It can be easily separated as an overhead product or a bottoms product.

「パルス試験」を用いて、特定の供給原料混合物および脱着剤で吸着剤を試験し、吸着容量、選択性、分解能、および交換速度などのような吸着剤の性質を測定することができる。代表的なパルス試験装置としては、容積が70立方センチメートル(cc)の管状吸着剤チャンバーであって、入口部分と出口部分とを当該チャンバーの両端に有するもの、が挙げられる。このチャンバーを備え付けて、一定の、予め定めた温度および圧力での操作を可能にする。例えば屈折計、偏光計およびクロマトグラフなどの定量および定性分析装置を当該チャンバーの出口ラインに取り付けて使用し、当該吸着剤チャンバーを去る溶出物流中の1種類以上の成分を定量的に検出および/または定性的に決定することができる。パルス試験中、当該吸着剤は、まず、脱着剤を当該吸着剤チャンバー中に通過させることによって特定の脱着剤により平衡まで充填される。小さい容積またはパルスの供給原料混合物(これは脱着剤で希釈されていてもよい)は、ゼロ時間において脱着剤フローを供給試料ループへと切り替えることにより、1分以上の期間にわたって注入される。脱着剤フローを再開し、供給原料混合物成分を、例えば液−固クロマトグラフ操作などで、溶出する。この溶出物は、流しながら(on-stream)分析してもよく、あるいは、溶出物試料を周期的に回収し、別々に(オフラインで)分析し、対応する成分ピークのエンベロープのトレースを、溶出物の量に対する成分濃度の観点からプロットしてもよい。   A “pulse test” can be used to test an adsorbent with a particular feed mixture and desorbent to determine adsorbent properties such as adsorption capacity, selectivity, resolution, and exchange rate. A typical pulse test apparatus is a tubular adsorbent chamber having a volume of 70 cubic centimeters (cc) having an inlet portion and an outlet portion at both ends of the chamber. This chamber is provided to allow operation at a constant, predetermined temperature and pressure. For example, quantitative and qualitative analyzers such as refractometers, polarimeters and chromatographs are attached to the outlet line of the chamber and used to quantitatively detect and / or detect one or more components in the elution stream leaving the adsorbent chamber. Or it can be determined qualitatively. During the pulse test, the adsorbent is first filled to equilibrium with a specific desorbent by passing the desorbent through the adsorbent chamber. A small volume or pulsed feed mixture (which may be diluted with a desorbent) is infused over a period of 1 minute or more by switching the desorbent flow to the feed sample loop at zero time. The desorbent flow is resumed and the feedstock mixture components are eluted, for example, by a liquid-solid chromatographic operation. The eluate may be analyzed on-stream, or the eluate sample may be collected periodically and analyzed separately (off-line) to elute the envelope trace of the corresponding component peak. You may plot from the viewpoint of the component density | concentration with respect to the quantity of a thing.

パルス試験から得た情報を用いて、吸着剤空隙容積、抽出成分またはラフィネート成分に関する保持容積、一方の成分のもう一方に対する選択性、段階時間(stage time)、これらの成分間の分解能、および脱着剤による抽出成分の脱着の速度、を決定することができる。抽出成分またはラフィネート成分の保持容積は、抽出成分またはラフィネート成分のピークエンベロープの中心と、トレーサー成分のピークエンベロープまたはある既知の他の基準点との間の距離から決定することができる。容積については、ピークエンベロープ間の距離に相当する時間間隔の間に送り込まれた脱着剤の立方センチメートルで表す。   Using information obtained from pulse testing, adsorbent void volume, retention volume for the extracted or raffinate component, selectivity for one component to the other, stage time, resolution between these components, and desorption The rate of desorption of the extracted component by the agent can be determined. The retention volume of the extraction component or raffinate component can be determined from the distance between the center of the peak envelope of the extraction component or raffinate component and the peak envelope of the tracer component or some other known reference point. The volume is expressed in cubic centimeters of desorbent delivered during a time interval corresponding to the distance between peak envelopes.

良い候補システムの保持容積は、商業的なデザインへの外挿によって設定される範囲内に収まる。非常に小さい保持容積は、2つの成分間の分離がほとんどない(すなわち、一つの成分が、十分強力には吸着されない)ということを示す。大きい抽出成分保持容積は、脱着剤が、保持された抽出成分を除去することが困難である、ということを示す。   The retention volume of a good candidate system falls within the range set by extrapolation to a commercial design. A very small retention volume indicates that there is little separation between the two components (ie, one component is not adsorbed sufficiently strongly). A large extract component retention volume indicates that the desorbent is difficult to remove retained extract components.

流体−固体接触する静止床で用いる従来の装置を、上述の、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤を取り込んでいる吸着分離プロセスにおいて使用してもよい。当該吸着剤は、供給流と脱着剤流とに交互に接触する単一固定床の形で用いてもよい。したがって、当該吸着剤は、非連続的な(例えば、バッチ)プロセスにおいて吸着工程と脱着工程とに交互に供される単一静止床で使用してもよい。複数の床が周期的に所定の操作または工程に使用されるスイング床方式の操作も可能である。あるいは、2つ以上の静止床のセットを適切な配管/バルブと共に用いて、多数の吸着剤床のうちのいずれか1つの中への供給流の連続的な通過を可能にしてもよく、その一方で、脱着剤流を、当該セット中の1つ以上の他の床の中を通過させる。当該供給流および脱着剤のフローは、吸着剤を通って上向きまたは下向きのいずれであってもよい。   Conventional equipment for use in a fluid-solid contacting stationary bed may be used in the above described adsorption separation process incorporating a binder-free adsorbent comprising zeolite X with a small crystallite size. The adsorbent may be used in the form of a single fixed bed that alternately contacts the feed and desorbent streams. Thus, the adsorbent may be used in a single stationary bed that is alternately subjected to an adsorption step and a desorption step in a discontinuous (eg, batch) process. A swing floor type operation in which a plurality of floors are periodically used for a predetermined operation or process is also possible. Alternatively, two or more stationary bed sets may be used with appropriate piping / valves to allow continuous passage of the feed stream into any one of a number of adsorbent beds, Meanwhile, the desorbent stream is passed through one or more other beds in the set. The feed stream and desorbent flow may be either upward or downward through the adsorbent.

向流移動床方式の操作は、供給原料混合物成分の定常的な(stationary)濃度プロファイルを達成することができる別の可能な方式の操作を提供し、それにより、供給流および脱着剤流の導入ならびに抽出流およびラフィネート流の離脱の固定点による連続的操作が可能となる。向流移動床または擬似移動床向流フローシステムは固定吸着剤システムよりもずっと大きな分離効率を有し、それ故、商業的規模の吸着分離に用いられることが非常に多い。擬似移動床プロセスでは、吸着および脱着は擬似移動床方式で連続的に行なわれ、それにより、抽出流およびラフィネート流(いずれも出口流)の連続的な産生(離脱)ならびに供給流および脱着剤流(いずれも入口流)の連続的な使用(インプット)の両方が可能となる。   Counter-current moving bed mode of operation provides another possible mode of operation that can achieve a stationary concentration profile of the feed mixture components, thereby introducing feed and desorbent streams As well as continuous operation with fixed points of withdrawal of the extraction and raffinate streams. Countercurrent moving bed or simulated moving bed countercurrent flow systems have much greater separation efficiency than fixed adsorbent systems and are therefore very often used for commercial scale adsorption separations. In the simulated moving bed process, the adsorption and desorption is carried out continuously in a simulated moving bed process, whereby continuous extraction (extraction) and extraction and raffinate streams (both outlet streams) and feed and desorbent streams. Both continuous use (input) of (both inlet flow) is possible.

擬似移動床フローシステムの操作原理および工程順序は、US2,985,589、US3,310,486、およびUS4,385,993に記載されており、これらは、擬似移動床フローシステムに関するそれらの教示について、参照により、本発明に組み入れられる。かかるシステムでは、吸着剤チャンバーに沿った複数のアクセスポイントの前進移動こそが、1つ以上のチャンバー中に含有された吸着剤の移動(液体アクセスポイント移動の反対)を模したものである。典型的には、当該チャンバー(単数または複数)への多数(16〜24以上)のアクセスラインのうちの4つのみが、供給流、脱着剤流、ラフィネート流、および抽出流の運搬のために、任意のある時間においてアクティブである。固体吸着剤のこの擬似移動(例えば、上向きの移動)と同時に起こるのが、吸着剤の充填床の空隙容積を占める流体の移動(例えば、下向きの移動)である。この流体(例えば液体)フローの循環はポンプを用いて維持してもよい。アクティブな液体アクセスポイントはサイクルを通じて、すなわち、1つ以上のチャンバー中に含有された各吸着剤床を通じて動くため、当該チャンバー循環ポンプは、通常、種々の流速を与える。プログラムされたフローコントローラーを備えて、これらの流速を設定および制御してもよい。   The operating principle and process sequence of a simulated moving bed flow system are described in US 2,985,589, US 3,310,486, and US 4,385,993, which are related to their teachings on a simulated moving bed flow system. , Incorporated herein by reference. In such a system, the forward movement of multiple access points along the adsorbent chamber mimics the movement of adsorbent contained in one or more chambers (opposite of liquid access point movement). Typically, only four of the many (16-24 or more) access lines to the chamber (s) are used to carry the feed, desorbent, raffinate and extract streams. Active at any given time. Concurrent with this simulated movement (eg, upward movement) of the solid adsorbent is movement of fluid occupying the void volume of the adsorbent packed bed (eg, downward movement). This fluid (eg, liquid) flow circulation may be maintained using a pump. Because the active liquid access point moves through the cycle, i.e. through each adsorbent bed contained in one or more chambers, the chamber circulation pump typically provides different flow rates. A programmed flow controller may be provided to set and control these flow rates.

これらのアクティブアクセスポイントは、当該吸着剤チャンバーを、それぞれ異なる機能を持った別々のゾーンへと効率的に分割する。通常は、3つの別々の操作上のゾーンが、当該プロセスを生じさせるために存在するが、いくつかの場合においては、所望により選択される第四の操作ゾーンを使用する。擬似移動床プロセスについての以下の説明文において使用されるゾーン数は、US3,392,113およびUS4,475,954において説明されているゾーン数に一致し、これらもまた、擬似移動床操作に関するそれらの教示について、参照により、本発明に組み入れられる。   These active access points efficiently divide the adsorbent chamber into separate zones, each with a different function. Typically, three separate operational zones exist to cause the process, but in some cases, a fourth operational zone, selected as desired, is used. The number of zones used in the following description of the simulated moving bed process corresponds to the number of zones described in US 3,392,113 and US 4,475,954, which are also those for simulated moving bed operation. The teachings of which are incorporated herein by reference.

吸着ゾーン(ゾーン1)は、入口供給流と出口ラフィネート流との間に位置する吸着剤と定義される。このゾーンでは、供給原料混合物は吸着剤に接触し、抽出成分は吸着され、ラフィネート流は離脱される。ゾーン1を通る一般的なフローは、当該ゾーン中へと通過する供給流から、当該ゾーンの外へと通過するラフィネート流までである。また、このゾーン中のフローは、当該入口供給流から当該出口ラフィネート流へと進む場合には、通常、下流方向にあると考えられている。   The adsorption zone (zone 1) is defined as the adsorbent located between the inlet feed stream and the outlet raffinate stream. In this zone, the feed mixture contacts the adsorbent, the extracted components are adsorbed and the raffinate stream is desorbed. The general flow through zone 1 is from a feed stream passing into the zone to a raffinate stream passing out of the zone. Also, the flow in this zone is usually considered to be in the downstream direction when going from the inlet feed stream to the outlet raffinate stream.

ゾーン1中の流体フローに対してすぐ上流は精製ゾーン(ゾーン2)である。精製ゾーンは、出口抽出流と入口供給流との間の吸着剤と定義される。このゾーンにおける基本的操作は、ゾーン2中へと運搬された任意のラフィネート成分の、吸着剤の非選択的空隙容積からの置換であり、また、吸着剤の選択的細孔容積内で吸着されたか、または吸着剤粒子の表面上に吸着された任意のラフィネート成分の脱着である。精製は、ラフィネート成分の置換を生じさせるために、ゾーン3を去る抽出流の一部を、その上流の境界、抽出出口流にてゾーン2中へと通過させることによって達成される。ゾーン2中のフローは、抽出出口流から供給入口流へと、下流方向にある。その後、この材料は供給流と合流し、ゾーン1を通って流れる。   Immediately upstream of the fluid flow in zone 1 is the purification zone (zone 2). A purification zone is defined as the adsorbent between the outlet extraction stream and the inlet feed stream. The basic operation in this zone is the replacement of any raffinate component conveyed into zone 2 from the non-selective void volume of the adsorbent and is adsorbed within the selective pore volume of the adsorbent. Or desorption of any raffinate component adsorbed on the surface of the adsorbent particles. Purification is accomplished by passing a portion of the extraction stream leaving zone 3 into zone 2 at its upstream boundary, the extraction outlet stream, to cause replacement of the raffinate component. The flow in zone 2 is in the downstream direction from the extraction outlet stream to the feed inlet stream. This material then merges with the feed stream and flows through zone 1.

ゾーン2中を流れる流体に対してゾーン2のすぐ上流は、脱着ゾーン(ゾーン3)である。脱着ゾーンは、入口脱着剤流と出口抽出流との間の吸着剤と定義される。脱着剤ゾーンの機能は、このゾーン中へと通過する脱着剤が、前の操作サイクルでのゾーン1における供給原料混合物との先の接触の際に吸着剤中に吸着された抽出成分と入れ替わるのを可能にすることである。ゾーン3中の流体のフローは、本質的に、ゾーン1および2中のフローと同じ方向にある。   Immediately upstream of zone 2 with respect to the fluid flowing in zone 2 is the desorption zone (zone 3). The desorption zone is defined as the adsorbent between the inlet desorbent stream and the outlet extract stream. The function of the desorbent zone is that the desorbent passing through this zone replaces the extracted components adsorbed in the adsorbent upon prior contact with the feed mixture in zone 1 in the previous operating cycle. Is to make it possible. The flow of fluid in zone 3 is essentially in the same direction as the flow in zones 1 and 2.

いくつかの例においては、所望により選択される緩衝ゾーン(ゾーン4)を利用してもよい。出口ラフィネート流と入口脱着剤流との間の吸着剤と定義されるこのゾーンは、使用する場合には、ゾーン3中への流体フローに対してすぐ上流に位置する。ゾーン4を利用して、脱着に必要な脱着剤の量を一定に保つことができるが、これは、ゾーン1から除去されるラフィネート流の一部がゾーン4中へと通過して、脱着剤をそのゾーンから外へ脱着ゾーン中へと移動させることができるためである。ゾーン4は十分な吸着剤を含有するため、ゾーン1からゾーン4中へと通過するラフィネート流中のラフィネート成分がゾーン3中へと通過するのを防ぐことができ、それにより、ゾーン3から離脱される抽出流を汚染するのを防ぐことができる。操作上の第四のゾーンを利用しない場合には、ゾーン1からゾーン3中へと通過するラフィネート流中に認識できるほどの量のラフィネート成分が存在する場合に、抽出出口流が汚染されないようにするために、直接のゾーン1からゾーン3へのフローを停止することができるようにするべく、ゾーン1からゾーン4へ通過されるラフィネート流を注意深くモニターしなければならない。   In some examples, a buffer zone (zone 4) selected as desired may be utilized. This zone, defined as the adsorbent between the outlet raffinate stream and the inlet desorbent stream, is located immediately upstream of the fluid flow into zone 3 when used. Zone 4 can be used to keep the amount of desorbent required for desorption constant, as this causes a portion of the raffinate stream removed from zone 1 to pass into zone 4 and desorbent. This is because the can be moved out of the zone and into the desorption zone. Zone 4 contains sufficient adsorbent so that raffinate components in the raffinate stream passing from zone 1 into zone 4 can be prevented from passing into zone 3, thereby leaving zone 3. Can prevent the extracted stream from being contaminated. If the fourth zone of operation is not utilized, the extraction outlet stream will not be contaminated if there is a discernable amount of raffinate component in the raffinate stream passing from zone 1 to zone 3. In order to be able to stop the direct flow from zone 1 to zone 3, the raffinate stream passed from zone 1 to zone 4 must be carefully monitored.

擬似移動床方式で行われる連続プロセスを提供するための、インプット(供給および脱着剤)流およびアウトプット(抽出およびラフィネート)流の、吸着剤の固定床を通じての周期的前進(cyclic advancement)は、マニホールドシステムを利用することによって達成することができ、このマニホールドシステムでは、マニホールド中のバルブはインプット流およびアウトプット流の切り替えを生じさせる様式で操作され、それにより、固体吸着剤に対する流体のフローが擬似向流様式で提供される。固体吸着剤の向流フローを模すことが可能な他のタイプの操作には、回転バルブの使用が含まれ、ここでは、インプット流およびアウトプット流は、それぞれ、当該バルブによって、吸着剤チャンバーに連結された多数のラインのうちの1つへと向けられ、それにより、インプット供給流、アウトプット抽出流、インプット脱着剤流、およびアウトプットラフィネート流が当該チャンバーに入る位置または当該チャンバーを去る位置が、吸着剤床に沿って同じ方向に前進する。当該マニホールド配列も、ロータリーディスクバルブも、共に、当該分野において公知である。複数のバルブ装置が、US4,434,051に詳細に記載されている。この操作において利用することのできるロータリーディスクバルブは、US3,040,777、US4,632,149、US4,614,204、およびUS3,422,848に記載されている。これらの特許では、種々のインプット流およびアウトプット流の、固定源からの適切な前進を、困難なく達成することができる、ロータリー式バルブが開示されている。   The cyclic advancement of the input (feed and desorbent) and output (extraction and raffinate) streams through the fixed bed of adsorbent to provide a continuous process performed in a simulated moving bed mode is This can be accomplished by utilizing a manifold system in which the valves in the manifold are operated in a manner that causes switching of the input and output flows, thereby allowing fluid flow to the solid adsorbent. Supplied in a pseudo countercurrent style. Another type of operation that can mimic the counter-current flow of solid adsorbents involves the use of a rotating valve, where the input and output streams are respectively separated by the valve into the adsorbent chamber. Directed to one of a number of lines coupled to the input feed stream, output extract stream, input desorbent stream, and output raffinate stream entering or leaving the chamber. The position advances in the same direction along the adsorbent bed. Both the manifold arrangement and the rotary disc valve are known in the art. Several valve devices are described in detail in US 4,434,051. Rotary disc valves that can be used in this operation are described in US 3,040,777, US 4,632,149, US 4,614,204, and US 3,422,848. In these patents, rotary valves are disclosed that can achieve the appropriate advancement of various input and output streams from a fixed source without difficulty.

多くの例において、擬似移動床プロセスの、ある操作上のゾーンは、もう1つの操作上のゾーンよりもずっと多い量の吸着剤を含有する。例えば、いくつかの操作では、緩衝ゾーンは、吸着ゾーンおよび精製ゾーンに存在する吸着剤と比較して、より少ない量の吸着剤を含有し得る。別の例として、抽出成分を吸着剤から容易に脱着する脱着剤を使用する場合において、脱着ゾーン中に必要な吸着剤の量は、緩衝ゾーン、吸着ゾーン、精製ゾーンまたはこれらすべてのゾーン中に必要な吸着剤の量に比べて、相対的に少なくなる。また、吸着剤を単一チャンバー(すなわち、カラムまたは容器)中に位置させる必要はなく、また、(例えば、それぞれ、12個のアクセスラインと共に提供される)2つの吸着剤チャンバーを用いることが多い。さらなるチャンバーも思案されている。   In many instances, one operational zone of a simulated moving bed process contains a much greater amount of adsorbent than another operational zone. For example, in some operations, the buffer zone may contain a smaller amount of adsorbent compared to the adsorbent present in the adsorption zone and purification zone. As another example, in the case of using a desorbent that readily desorbs the extracted components from the adsorbent, the amount of adsorbent required during the desorption zone can be in the buffer zone, adsorption zone, purification zone, or all these zones. Relative to the amount of adsorbent required. Also, the adsorbent need not be located in a single chamber (ie, column or vessel) and often uses two adsorbent chambers (eg, provided with 12 access lines each). . Additional chambers are also contemplated.

通常、アウトプット抽出流の少なくとも一部は、(例えば、脱着剤リサイクル流としての吸着分離プロセスへのリサイクルのために)脱着剤の一部を回収し、かつ、(例えば、減少した量の脱着剤を含有する)精製抽出生成物流を産生するために、例えば分画カラムなどの分離プロセスへと通過する。好ましくは、アウトプットラフィネート流の少なくとも一部も、(例えば、同様に吸着分離プロセスへのリサイクルのために)脱着剤の別の一部および(例えば、同様に減少した濃度の脱着剤を含有する)ラフィネート生成物流を回収するために、分離プロセスへと通過する。大規模な石油化学ユニットでは、本質的にすべての脱着剤が、再利用のために回収される。この回収のための分留設備の設計は、分離されている材料、脱着剤組成等に依存する。   Typically, at least a portion of the output extract stream recovers a portion of the desorbent (eg, for recycling to an adsorptive separation process as a desorbent recycle stream) and (eg, a reduced amount of desorption). In order to produce a purified extract product stream (containing the agent), it is passed through a separation process, for example a fractionation column. Preferably, at least a portion of the output raffinate stream also contains another portion of the desorbent (eg, also for recycling to the adsorptive separation process) and (eg, also a reduced concentration of the desorbent). ) Pass through the separation process to recover the raffinate product stream. In large petrochemical units, essentially all desorbent is recovered for reuse. The design of the fractionation equipment for this recovery depends on the material being separated, the desorbent composition and the like.

上述の吸着分離プロセスにおける使用に適した別のタイプの擬似移動床フローシステムは、US4,402,832およびUS4,478,721に記載されている並流の高効率の擬似移動床プロセスであり、これらは、この代替方式の操作に関するそれらの教示について、参照により、本発明に組み入れられる。製造業者が、わずかにより低い純度の生成物を利用可能な場合には、このプロセスには、主要コストの削減およびエネルギー効率という点で、利点がある。   Another type of simulated moving bed flow system suitable for use in the adsorption separation process described above is the co-current, high efficiency simulated moving bed process described in US 4,402,832 and US 4,478,721, These are incorporated herein by reference for their teachings on this alternative mode of operation. If the manufacturer has access to a slightly lower purity product, this process has advantages in terms of major cost savings and energy efficiency.

パラキシレンの精製のための吸着分離ユニットの規模は、パイロットプラント規模のもの(例えばUS3,706,812を参照)から商業的規模のものまで様々であってもよく、また、生成流速について、1時間に数ミリリットルほどのわずかな速度から、1時間当たり数百立法メートルに及ぶまでの範囲であってもよい。   The scale of the adsorption separation unit for the purification of para-xylene can vary from pilot plant scale (see eg US 3,706,812) to commercial scale, and for production flow rates 1 It can range from as little as a few milliliters of time to hundreds of cubic meters per hour.

全体として、本発明の局面は、吸着分離における使用のための、および特には商業的な擬似移動床操作における使用のための、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤の独特な性質の活用に向けられたものである。本開示に鑑みれば、いくつかの利点を達成することができ、他の有利な結果を得ることができるということが分かるであろう。当業者であって、本開示から得た知識を有する者は、本開示の範囲から逸脱することなく、上記の脱着剤の組成、およびこれらの組成を用いるプロセスにおいて、種々の変更を行うことが可能であるということを理解するであろう。理論上の、または観察された現象または結果を説明するために使用した、化学的プロセス、メカニズム、相互作用の方式等は、説明的なものとしてのみ解釈されるものとし、添付の特許請求の範囲の範囲を如何なる様にも限定するものではないとして解釈されるものとする。   Overall, aspects of the present invention are unique to binder-free adsorbents, including zeolite X, with small crystallite size, for use in adsorptive separations, and particularly for use in commercial simulated moving bed operations. It is aimed at the utilization of a special property. In view of the present disclosure, it will be appreciated that several advantages can be achieved and other advantageous results can be obtained. A person skilled in the art who has knowledge gained from the present disclosure can make various changes in the composition of the desorbent and the processes using these compositions without departing from the scope of the present disclosure. You will understand that it is possible. The chemical processes, mechanisms, modes of interaction, etc. used to explain theoretical or observed phenomena or results shall be construed as illustrative only, and the appended claims Is not to be construed as limiting in any way.

以下の実施例を本発明の代表例として記載する。これらの実施例は、これらのおよび他の等価な実施形態が本開示および添付の特許請求の範囲に鑑みて明らかとなることから、本発明の範囲を限定するものであるとは解釈されないものとする。   The following examples are given as representative examples of the invention. These examples are not to be construed as limiting the scope of the invention, as these and other equivalent embodiments will become apparent in light of the present disclosure and the appended claims. To do.

実施例1
結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤粒子の合成:
本明細書に記載の手順に従って作製した結晶子サイズが小さいゼオライトX粉末を、既知の量の市販のカオリンおよび水と混合して、押出可能なペーストを形成し、次いで、このペーストを押し出して、50〜90%の結晶子サイズが小さいゼオライトXをカオリン中に含有する複合体ペレットを形成した。次いで、この複合体を、100℃で乾燥させ、当該結合剤カオリンをメタカオリンへと変換するべく、最終的に>600℃で焼成した。次いで、この結合剤メタカオリンを、水熱処理により、<5重量%のNaOH溶液中で、>2のNa/Al(メタカオリンから)で、10時間まで、穏やかに撹拌しながら、ゼオライトXへと変換した。当該カオリン粘土は2.0のシリカのアルミナに対するモル比を有していたが、当該変換ゼオライトXにおけるこの比は、メタカオリンの苛性温浸の際に、例えばコロイダルシリカゾル、ケイ酸、アルカリ金属ケイ酸塩、シリカゲル、または反応性の微粒子シリカなどのシリカ源を添加することによって、増加させることができるということが分かった。シリカ源は、形成しようとする当該混合物、アルカリ性反応媒体、またはその両方へと添加することが可能であった。したがって、その結果として生じた結合剤非含有吸着剤粒子は、2.5のシリカのアルミナに対するモル比を有するゼオライトXの調製部分と変換部分の両方を有していた。ゼオライトXの調製部分は結晶子サイズが小さかった。この吸着剤粒子は、ナトリウム型のゼオライトXを、バリウムとカリウムとの組み合わせによって置換された99%以上のイオン交換部位を有するバリウム/カリウム型へと変換するべく、本明細書に記載のカラム中でイオン交換した。
Example 1
Synthesis of binder-free adsorbent particles containing zeolite X with small crystallite size:
A small crystallite size zeolite X powder made according to the procedure described herein is mixed with a known amount of commercially available kaolin and water to form an extrudable paste, which is then extruded. Composite pellets containing zeolite X with a small crystallite size of 50-90% in kaolin were formed. The composite was then dried at 100 ° C. and finally fired at> 600 ° C. to convert the binder kaolin to metakaolin. The binder metakaolin was then converted to zeolite X by hydrothermal treatment in <5 wt% NaOH solution with> 2 Na / Al (from metakaolin) with gentle agitation for up to 10 hours. . The kaolin clay had a molar ratio of silica to alumina of 2.0, but this ratio in the converted zeolite X is, for example, colloidal silica sol, silicic acid, alkali metal silicic acid during the caustic digestion of metakaolin. It has been found that this can be increased by adding a silica source such as salt, silica gel, or reactive particulate silica. The silica source could be added to the mixture to be formed, the alkaline reaction medium, or both. Thus, the resulting binder-free adsorbent particles had both a preparation portion and a conversion portion of zeolite X having a molar ratio of silica to alumina of 2.5. The preparation part of zeolite X had a small crystallite size. The adsorbent particles are used in the columns described herein to convert sodium-type zeolite X into barium / potassium-type having 99% or more ion exchange sites substituted by a combination of barium and potassium. Ion exchange.

実施例2
選択性試験:
バリウムおよびカリウムによって交換された、6重量%のLOIを有するゼオライトXを含む従来の吸着剤を、パラキシレンの吸着分離で評価した。上述の標準的なパルス試験は、最初に当該吸着剤を脱着剤パラジエチルベンゼン下で70ccカラム中に充填することにより、行なった。直鎖状ノナン(n−C9)トレーサーと共に、等しい量のエチルベンゼンと3種類の各キシレン異性体とを含有する供給原料パルスを注入した。121℃〜177℃(250°F〜350°F)の範囲の種々のカラム温度でパルス試験を行い、温度の、選択性への影響を検査した。これらのパルス試験のそれぞれから得た成分ピークから、パラキシレン選択性を決定した。その結果を図2に示す。
Example 2
Selectivity test:
A conventional adsorbent comprising zeolite X with 6% by weight LOI exchanged with barium and potassium was evaluated by adsorptive separation of para-xylene. The standard pulse test described above was performed by first packing the adsorbent into a 70 cc column under the desorbent paradiethylbenzene. A feedstock pulse containing an equal amount of ethylbenzene and each of the three xylene isomers was injected with a linear nonane (n-C9) tracer. Pulse testing was performed at various column temperatures ranging from 121 ° C. to 177 ° C. (250 ° F. to 350 ° F.) to examine the effect of temperature on selectivity. Paraxylene selectivity was determined from the component peaks obtained from each of these pulse tests. The result is shown in FIG.

この結果が示しているのは、パラキシレン/メタキシレン選択性「P/M」およびパラキシレン/オルトキシレン選択性「P/O」はより低い吸着温度で増加し、一方、パラキシレン/エチルベンゼン選択性「P/E」は温度に対してほとんど変動しない、ということである。これは、(必ずしも速度論見地からという必要はないが)熱力学的平衡の見地から、より低い吸着分離温度が好ましい、ということを実証するものである。   The results show that paraxylene / metaxylene selectivity “P / M” and paraxylene / orthoxylene selectivity “P / O” increase at lower adsorption temperatures, while paraxylene / ethylbenzene selection The property “P / E” means that it hardly varies with temperature. This demonstrates that a lower adsorption separation temperature is preferred from a thermodynamic equilibrium standpoint (although not necessarily from a kinetic standpoint).

実施例3
容量試験:
実施例2に記載の従来の吸着剤を用いて、クロマトグラフ分離(動的容量または破過試験)を行なった。パラジエチルベンゼン下で最初に充填した70ccの当該吸着剤を含有するカラムを、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンを含有する試料供給原料混合物によって充填した。121℃〜177℃(250°F〜350°F)の範囲の種々のカラム温度で破過試験を行い、吸着剤容量およびパラキシレン/パラジエチルベンゼン選択性「PX/pDEB Sel」への温度の影響を検査した。その結果を図3に示す。この結果は、パラキシレン/脱着剤選択性に悪影響を及ぼさない限り、総吸着剤容量の観点から、より低い吸着分離温度が望ましい、ということをさらに確信させるものである。
Example 3
Capacity test:
Chromatographic separation (dynamic capacity or breakthrough test) was performed using the conventional adsorbent described in Example 2. A column containing 70 cc of the adsorbent initially packed under paradiethylbenzene was packed with a sample feed mixture containing orthoxylene, metaxylene, paraxylene, and ethylbenzene. Breakthrough tests at various column temperatures ranging from 121 ° C. to 177 ° C. (250 ° F. to 350 ° F.) and the effect of temperature on adsorbent capacity and paraxylene / paradiethylbenzene selectivity “PX / pDEB Sel” Inspected. The result is shown in FIG. This result further confirms that a lower adsorption separation temperature is desirable in terms of total adsorbent capacity so long as it does not adversely affect paraxylene / desorbent selectivity.

実施例4
物質移動速度:
実施例2に記載のパルス試験から得たデータを用い、「DW」または「デルタW」、すなわち、パラキシレンピークの半値幅(すなわち、半分の強さにおけるピークエンベロープ幅)から、直鎖状ノナントレーサーピークの半値幅(分散を生じさせる)を引いたもの、を温度の関数として決定した。その結果を図4に示す。この結果は、従来のパラキシレン吸着分離プロセスでは、177℃(350°F)より低い温度において、物質移動律速が顕著となる、ということを示している。
Example 4
Mass transfer rate:
Using the data obtained from the pulse test described in Example 2, “DW” or “Delta W”, ie, the half width of the paraxylene peak (ie, the peak envelope width at half strength), the linear nonane The half width of the tracer peak minus the variance was determined as a function of temperature. The result is shown in FIG. This result shows that mass transfer rate limiting becomes significant at a temperature lower than 177 ° C. (350 ° F.) in the conventional para-xylene adsorption separation process.

実施例5
擬似移動床方式でのパラキシレンの吸着分離、温度の影響:
実施例2において記載した従来の吸着剤の、擬似移動床方式で操作するパイロットプラントにおけるパラキシレンの吸着分離における性能を図5にて説明する。分析したすべての条件において、抽出流中で回収した合計パラキシレンは95重量%であった。150℃(302°F)において測定した性能パラメータ(実線の四角形シンボル)を、177℃(350°F)において測定した性能パラメータ(実線の三角形シンボル)と比較して、プロセスサイクル時間の関数として示す。すべての場合において、低い方の温度でのゼータの値(Y軸、左側)は、高い方の温度での対応する値より低かった。これは、実施例2および3に記載のパルスおよび破過試験において確認されたように、改善されたパラキシレン吸着選択性および吸着剤容量に起因して、より低い操作温度で、より高いパラキシレン生産性が達成された、ということを示している。
Example 5
Adsorption separation of para-xylene in simulated moving bed system, temperature effect:
The performance of the conventional adsorbent described in Example 2 in the adsorption separation of paraxylene in a pilot plant operating in a simulated moving bed system will be described with reference to FIG. In all conditions analyzed, the total para-xylene recovered in the extract stream was 95% by weight. Performance parameters measured at 150 ° C. (302 ° F.) (solid square symbol) are shown as a function of process cycle time compared to performance parameters measured at 177 ° C. (350 ° F.) (solid triangle symbol). . In all cases, the zeta value at the lower temperature (Y axis, left side) was lower than the corresponding value at the higher temperature. This is due to improved paraxylene adsorption selectivity and adsorbent capacity, as confirmed in the pulse and breakthrough tests described in Examples 2 and 3, at higher operating temperatures at higher paraxylene. It shows that productivity has been achieved.

当該ゼータ値は、パラキシレン含有供給原料の単位容積速度(unit volumetric rate)を処理するのに必要な、選択的細孔容積の尺度である。したがって、より低いゼータ値は、指向的に、より高いスループットまたは生産性を示している。特に、当該ゼータ値は、A/Faとθとの積として算出されたものであり、ここで、Aは、選択的吸着剤細孔容積の擬似循環の速度であり、Faは、C8アルキル芳香族炭化水素の混合物を含有する供給流の容積測定速度であり、θはサイクル時間である。試験したサイクル時間と温度とのそれぞれの組み合わせについて、当該数量A/Faを、図5に示す。高温および低温操作で生じた曲線の、低サイクル時間における、接近収束(near convergence)が示しているのは、サイクル時間が減少するにつれて(および、生産性またはゼータが最大になるにつれて)、低温性能の利点の顕著さが減少する、ということである。   The zeta value is a measure of the selective pore volume required to process the unit volumetric rate of the paraxylene-containing feedstock. Thus, lower zeta values are directional, indicating higher throughput or productivity. In particular, the zeta value is calculated as the product of A / Fa and θ, where A is the speed of the selective circulation of the adsorbent pore volume, and Fa is the C8 alkyl aromatic. Is the volumetric rate of the feed stream containing the hydrocarbon mixture, and θ is the cycle time. The quantity A / Fa is shown in FIG. 5 for each combination of cycle time and temperature tested. The near convergence at low cycle times for curves produced by high and low temperature operations shows low temperature performance as cycle time decreases (and as productivity or zeta is maximized). This means that the conspicuousness of the benefits is reduced.

より一層高い生産性を獲得することに対する、実際に観察された、この障壁は、物質移動律速に起因するものである。図5の下の方(白い菱形)の曲線は、各サイクル時間において操作温度を177℃(350°F)から150℃(302°F)へと減少させることによって獲得される、生じ得る供給流容積測定速度増加(Y軸、右側)の観点から、物質移動律速の、生産性への影響を説明するものである。34分のサイクル時間では、例えば、より低い操作温度の利点は、当該C8アルキル芳香族供給流を処理することができる容積測定速度において、14%の増加へと転換する。しかしながら、生産性の利点は、24分のサイクル時間では、物質移動律速の結果として、わずか7%にまで減少する。一方、図5中の破線は、物質移動律速が存在しない場合に理論的に可能な、パラキシレン吸着分離性能パラメータおよび供給原料生産性の利点を説明するものである。   This actually observed barrier to obtaining even higher productivity is due to mass transfer rate limiting. The lower (white diamond) curve in FIG. 5 shows the possible feed flow obtained by reducing the operating temperature from 177 ° C. (350 ° F.) to 150 ° C. (302 ° F.) at each cycle time. From the viewpoint of increasing the volumetric measurement speed (Y axis, right side), the effect of mass transfer rate limiting on productivity will be described. With a 34 minute cycle time, for example, the advantage of lower operating temperature translates to a 14% increase in volumetric rate at which the C8 alkyl aromatic feed can be processed. However, the productivity advantage is reduced to only 7% as a result of mass transfer rate limiting at a cycle time of 24 minutes. On the other hand, the broken line in FIG. 5 explains the advantages of the paraxylene adsorption separation performance parameter and the feedstock productivity that are theoretically possible in the absence of mass transfer rate limiting.

したがって、実施例2〜5において記載されている、研究室規模およびパイロットプラント規模の研究は、より低い操作温度によって、吸着剤容量、吸着選択性、および吸着剤のユニット容積当たりの増加した液体密度において有意な利点が生じる一方で、物質移動速度も低下する、ということを説明するものである。結果として、比較的不純なC8アルキル芳香族炭化水素混合物からのパラキシレンの吸着分離において、130℃(270°F)〜165℃(330°F)の範囲の温度において、当該熱力学的に好ましい操作体制(operating regime)を十分に活用することは困難である。図5において示されているように、サイクル時間を減少させるにつれて、150℃(300°F)操作の生産性利点は、従来の吸着剤の場合には減少する。   Thus, laboratory and pilot plant scale studies described in Examples 2-5 show that adsorbent volume, adsorption selectivity, and increased liquid density per unit volume of adsorbent due to lower operating temperatures. This explains that the material transfer rate is reduced while a significant advantage is produced in the process. As a result, in the adsorptive separation of para-xylene from relatively impure C8 alkyl aromatic hydrocarbon mixtures, the thermodynamically preferred at temperatures ranging from 130 ° C. (270 ° F.) to 165 ° C. (330 ° F.). It is difficult to make full use of the operating regime. As shown in FIG. 5, as the cycle time is reduced, the productivity advantage of 150 ° C. (300 ° F.) operation decreases with conventional adsorbents.

実施例6
擬似移動床方式でのパラキシレンの吸着分離、床濃度プロファイル:
(実施例2に記載したような)従来の吸着剤を用いた擬似移動床方式で操作するパイロットプラントにおけるパラキシレンの吸着分離の際に得た、24個の吸着剤床それぞれについての脱着剤濃度プロファイルと供給原料混合物成分とを評価した。150℃(302°F)で、かつ、当該抽出流中95%のパラキシレン回収率で、定常状態操作中に、液体組成「調査」(すなわち、各床中の液体組成の分析)を行なった。それぞれ、34分および24分のサイクル時間を用いて、濃度プロファイルを得た。これらの調査結果は、この温度では、著しい物質移動律速によって、より好ましいパラキシレン吸着選択性および吸着剤容量の十分な実現が妨げられている、ということを再度確信させるものであった。物質移動の律速によるこれらの悪影響は、当該吸着ゾーン(上述のゾーンI)中の、より分散したパラキシレン前線(front)において顕在化する。サイクル時間が、より商業的に望ましい値(例えば24〜34分)へと減少するため、従来の吸着剤を用いて、低温操作に付随する理論的上の生産性増加を実現することはできない。
Example 6
Adsorption and separation of para-xylene in simulated moving bed system, bed concentration profile:
Desorbent concentrations for each of the 24 adsorbent beds obtained during the adsorption separation of paraxylene in a pilot plant operating in a simulated moving bed system using conventional adsorbents (as described in Example 2). Profiles and feedstock mix components were evaluated. A liquid composition “investigation” (ie, analysis of the liquid composition in each bed) was performed during steady state operation at 150 ° C. (302 ° F.) and with 95% paraxylene recovery in the extraction stream. . Concentration profiles were obtained using 34 and 24 minute cycle times, respectively. These findings again reassured that at this temperature, significant mass transfer rate limiting hindered better realization of more favorable paraxylene adsorption selectivity and adsorbent capacity. These adverse effects due to the rate limiting of mass transfer are manifested at the more dispersed paraxylene front in the adsorption zone (zone I above). The theoretical productivity increase associated with low temperature operation cannot be achieved using conventional adsorbents because the cycle time is reduced to more commercially desirable values (eg, 24-34 minutes).

高分解能走査型電子顕微鏡法(HR SEM)によるゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤の顕微鏡写真においても、ゼオライトX結晶子によって、物質移動速度を制限する主要な拡散経路が提供される、ということが示された。   In a micrograph of a binder-free adsorbent containing zeolite X by high-resolution scanning electron microscopy (HR SEM), the zeolite X crystallites provide a major diffusion path that limits the mass transfer rate. It was shown that.

実施例7
吸着剤中のゼオライトX結晶子サイズを減少させて、擬似移動床方式でのパラキシレンの吸着分離を改善する:
図6は、1.4ミクロンの平均結晶子サイズを有するゼオライトXを含む吸着剤に対する、1.8〜2.0ミクロンの平均結晶子サイズを有するゼオライトXを含む従来の吸着剤の性能を比較するものである。代表的な従来のゼオライトX試料および減少した結晶子サイズを有するもう一方の試料(例えば当該試験吸着剤中で使用したものなど)に関する、ゼオライトX結晶子サイズ分布を図7に示す。ここでは、従来のゼオライトXの平均結晶子サイズは1.8〜2.0ミクロンである。減少した結晶子サイズを有するゼオライトXを含む吸着剤により、擬似移動床方式で操作するパラキシレン吸着分離プロセスにおける他のすべての条件が一定に維持されつつも、全体的なパラキシレン回収率をより高くすることが可能となった。上述の理由により、および、図6において示されているように、サイクル時間が減少するにつれて、ゼオライトX結晶子サイズを減少させることに付随するこれら利点、および、特に、この、付随する、改善された物質移動は、より顕著になった。
Example 7
Improve adsorption separation of para-xylene in simulated moving bed mode by reducing zeolite X crystallite size in adsorbent:
FIG. 6 compares the performance of a conventional adsorbent containing zeolite X having an average crystallite size of 1.8-2.0 microns versus an adsorbent containing zeolite X having an average crystallite size of 1.4 microns. To do. The zeolite X crystallite size distribution for a representative conventional zeolite X sample and another sample having a reduced crystallite size (such as that used in the test adsorbent) is shown in FIG. Here, the average crystallite size of the conventional zeolite X is 1.8 to 2.0 microns. Adsorbents containing zeolite X with reduced crystallite size further improve overall paraxylene recovery while maintaining all other conditions in the paraxylene adsorption separation process operating in simulated moving bed mode. It became possible to raise it. For the reasons discussed above, and as shown in FIG. 6, these benefits associated with reducing the zeolite X crystallite size as cycle time is reduced, and in particular, this attendant improvement. Mass transfer became more prominent.

よって、吸着剤中のゼオライトX結晶子サイズの減少により、物質移動経路が短縮され、その結果、物質移動速度が改善された。パラキシレン製造業者は、擬似移動床方式で操作する吸着分離プロセスにおいて、サイクル時間を減少させて、標準的な34分の操作パラメータよりも小さくすることによって生産性を改善する努力をしているのであるから、これは、重要な商業的意味を持っている。例えば、多くの商業的操作は、30分のサイクル時間を用いて行なわれているか、または、27分のサイクル時間を用いて行なわれてさえいる。   Therefore, the mass transfer path was shortened by reducing the size of the zeolite X crystallites in the adsorbent, and as a result, the mass transfer rate was improved. Paraxylene manufacturers are striving to improve productivity in adsorbent separation processes operating in simulated moving bed mode by reducing cycle times and making them less than the standard 34 minute operating parameters. This has important commercial implications. For example, many commercial operations are performed using a 30 minute cycle time or even a 27 minute cycle time.

これらの場合においては、結晶子サイズが小さいゼオライトXを含む吸着剤の使用は、175℃(350°F)未満の操作温度について観察される物質移動速度制限を克服するのに、特に有利である。結晶子サイズが小さいゼオライトXは、0.5ミクロン(500ナノメートル)〜1.4ミクロンの範囲の平均結晶子サイズで合成されており、これにより、ゼオライト結晶子サイズの、所定の用途への最適化が可能となり、その結果、吸着剤製剤および全プロセスが可能となる。   In these cases, the use of an adsorbent comprising zeolite X with a small crystallite size is particularly advantageous to overcome the mass transfer rate limitations observed for operating temperatures below 175 ° C. (350 ° F.). . Zeolite X with a small crystallite size is synthesized with an average crystallite size in the range of 0.5 microns (500 nanometers) to 1.4 microns, which allows the zeolite crystallite size to be used for a given application. Optimization is possible, resulting in adsorbent formulation and whole process.

実施例8
結合剤非含有吸着剤の選択性および容量、温度の影響:
図8は、177℃(350°F)と比較した、150℃(302°F)での、種々の吸着剤水和レベル(または、上述したような、種々のLOI値)における、パラキシレン/メタキシレン(「P/M」)、パラキシレン/オルトキシレン(「P/O」)、およびパラキシレン/エチルベンゼン(「P/E」または「P/E dyn」)の選択性の利点を説明するものである。選択性値P/M(四角形)、P/O(三角形)、およびP/E(菱形)は、実施例2に記載の、標準的なパルス試験によって得た。一方、選択性値P/E dyn(アスタリスク)は、実施例3に記載の動的または破過試験によって得た。図9は、これらの試験中に測定した全体的な吸着剤容量を説明するものである。図8についても図9についても、低い方の温度で得られたデータ点は実線によって結ばれており、一方、高い方の温度で得られたデータ点は破線によって結ばれている。
Example 8
Selectivity and capacity of binder-free adsorbents, temperature effects:
FIG. 8 shows para-xylene / at different adsorbent hydration levels (or different LOI values, as described above) at 150 ° C. (302 ° F.) compared to 177 ° C. (350 ° F.). Describe the selectivity benefits of meta-xylene (“P / M”), para-xylene / ortho-xylene (“P / O”), and para-xylene / ethylbenzene (“P / E” or “P / E dyn”) Is. Selectivity values P / M (square), P / O (triangle), and P / E (diamond) were obtained by standard pulse tests as described in Example 2. On the other hand, the selectivity value P / E dyn (asterisk) was obtained by the dynamic or breakthrough test described in Example 3. FIG. 9 illustrates the overall adsorbent capacity measured during these tests. In both FIG. 8 and FIG. 9, the data points obtained at the lower temperature are connected by a solid line, while the data points obtained at the higher temperature are connected by a broken line.

図8および9中のデータは、結合剤非含有吸着剤を用いるこの場合における、より低い温度での操作の利点をさらに説明するものである。他のキシレン異性体およびエチルベンゼンに対するパラキシレン選択性は、150℃(302°F)および177℃(350°F)におけるパルス試験と破過試験の両試験の結果に基づいて、操作温度または吸着温度を減少させることによって、著しく(例えば、およそ15%〜20%程度)増加させることができる。さらに、吸着剤容量は、より低い温度での操作において増加する。より低い温度での操作に付随するこれらの利点は、結晶子サイズが小さいゼオライトXの少なくとも一部分を含む、本明細書に記載の当該結合剤非含有吸着剤に付随する改善された物質移動およびより高い容量の結果として、より十分に活用することができる。   The data in FIGS. 8 and 9 further illustrate the advantages of lower temperature operation in this case using a binder-free adsorbent. The para-xylene selectivity for other xylene isomers and ethylbenzene is based on the operating or adsorption temperature based on the results of both pulse and breakthrough tests at 150 ° C. (302 ° F.) and 177 ° C. (350 ° F.). Can be significantly increased (for example, about 15% to 20%). Furthermore, the adsorbent capacity increases in operation at lower temperatures. These advantages associated with lower temperature operation include improved mass transfer and more associated with the binder-free adsorbent described herein, including at least a portion of zeolite X having a small crystallite size. As a result of the high capacity, it can be more fully utilized.

Claims (10)

パラキシレンを、少なくとも1種類の他のC8アルキル芳香族炭化水素を含む混合物から分離するための方法であって、吸着条件下で、前記混合物を、1.8ミクロン未満の平均結晶子サイズを有するゼオライトXを含む結合剤非含有吸着剤に接触させることを含む方法。   A method for separating para-xylene from a mixture comprising at least one other C8 alkyl aromatic hydrocarbon, said mixture having an average crystallite size of less than 1.8 microns under adsorption conditions Contacting with a binder-free adsorbent comprising zeolite X. 前記平均結晶子サイズが500ナノメートル〜1.5ミクロンである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the average crystallite size is from 500 nanometers to 1.5 microns. 前記結合剤非含有吸着剤が、ゼオライトX前駆体の変換の結果生じるゼオライトXの変換部分を含む、請求項1または2に記載の方法。   3. A process according to claim 1 or 2, wherein the binder-free adsorbent comprises a converted portion of zeolite X resulting from the conversion of the zeolite X precursor. 前記ゼオライトXの変換部分が、前記吸着剤に対し、5重量%〜40重量%の量で存在する、請求項3に記載の方法。   The process according to claim 3, wherein the conversion part of the zeolite X is present in an amount of 5% to 40% by weight relative to the adsorbent. 前記ゼオライトXの変換部分が、2.1〜3.0の、シリカのアルミナに対するモル比を有する、請求項3または4に記載の方法。   The process according to claim 3 or 4, wherein the conversion part of the zeolite X has a molar ratio of silica to alumina of 2.1 to 3.0. 前記混合物がオルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンを含み、かつ、前記混合物を前記吸着剤と接触させることにより、非吸着相中に存在するオルトキシレン、メタキシレン、およびエチルベンゼンに優先して、吸着相中に存在するパラキシレンの吸着が生じる、方法であって、
前記非吸着相を、前記吸着剤との接触から洗い流すこと、および
前記吸着相中のパラキシレンを、前記吸着剤から脱着すること、
をさらに含み、
前記吸着相中のパラキシレンが、脱着剤を含む抽出流中へと脱着され、かつ、前記非吸着相が、脱着剤を含むラフィネート流中へと洗い流され、ここで、前記脱着剤が、トルエン、ベンゼン、インダン、パラジエチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、およびその混合物からなる群より選択される芳香環含有化合物を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
The mixture includes ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, and ethylbenzene, and by contacting the mixture with the adsorbent, the xylene, meta-xylene, and ethylbenzene present in the non-adsorbing phase are preferred. A process in which adsorption of para-xylene present in the adsorption phase occurs,
Washing away the non-adsorbed phase from contact with the adsorbent, and desorbing paraxylene in the adsorbed phase from the adsorbent;
Further including
Paraxylene in the adsorbed phase is desorbed into an extract stream containing a desorbent, and the non-adsorbed phase is washed out into a raffinate stream containing a desorbent, where the desorbent is toluene. The method according to claim 1, comprising an aromatic ring-containing compound selected from the group consisting of benzene, indane, paradiethylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene, and mixtures thereof.
擬似移動床方式で行われ、
供給流および脱着剤流が、吸着剤の床中へと充填され、前記供給流が、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレン、およびエチルベンゼンを含む混合物を含み、かつ、前記脱着剤流が脱着剤を含み、;
抽出流およびラフィネート流が、前記吸着剤の前記床から除去され、;ならびに
34分未満のサイクル時間を有する、
請求項6に記載の方法。
Performed in a simulated moving floor system,
A feed stream and a desorbent stream are packed into the adsorbent bed, the feed stream comprises a mixture comprising ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, and ethylbenzene, and the desorbent stream comprises a desorbent. Including;
An extract stream and a raffinate stream are removed from the bed of the adsorbent; and having a cycle time of less than 34 minutes;
The method of claim 6.
2.1〜3.0のSiO/Alモル比および500ナノメートル〜1.5ミクロンの平均結晶子サイズを有するゼオライトXの第一部分、及び
2.1〜3.0のSiO/Alモル比および500ナノメートル未満の平均結晶子サイズを有するゼオライトXの第二部分、
を含む、吸着剤。
2.1 to 3.0 of SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio and 500 a first portion of zeolite X having an average crystallite size of nanometers to 1.5 microns, and SiO 2 of 2.1 to 3.0 A second portion of zeolite X having a / Al 2 O 3 molar ratio and an average crystallite size of less than 500 nanometers,
Including an adsorbent.
前記第二部分が前記吸着剤中に5重量%〜40重量%の量で存在し、かつ、前記吸着剤が結合剤非含有である、請求項8に記載の吸着剤。   The adsorbent of claim 8, wherein the second portion is present in the adsorbent in an amount of 5 wt% to 40 wt%, and the adsorbent is binder free. 改善された物質移動特性を有する結合剤非含有吸着剤を調製する方法であって、
(a)500ナノメートル〜1.5ミクロンの平均結晶子サイズを有するゼオライトXおよびゼオライトX前駆体を含む粒子を形成すること、
(b)工程(a)において形成した前記粒子の前記ゼオライトX前駆体を、500℃〜700℃の温度で活性化すること、および
(c)工程(b)において活性化した前記ゼオライトX前駆体を含む前記粒子を、苛性溶液と共に温浸して、結合剤非含有吸着剤を得ること、
を含み、工程(c)をシリカ源の存在下で行う、方法。
A method for preparing a binder-free adsorbent having improved mass transfer properties comprising:
(A) forming particles comprising zeolite X and zeolite X precursor having an average crystallite size of 500 nanometers to 1.5 microns;
(B) activating the zeolite X precursor of the particles formed in step (a) at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C., and (c) the zeolite X precursor activated in step (b). Digesting the particles with a caustic solution to obtain a binder-free adsorbent;
Wherein step (c) is carried out in the presence of a silica source.
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